Resumen - EPM

RevistaRevista EPM No. 6Enero - Junio de 2012ISSN: 2145-1524Juan Esteban Calle RestrepoGerente GeneralMaritza Alzate BuitragoSecretaria GeneralJesús Arturo Aristizábal GuevaraDirector de EnergíaEduardo Esteban Cadavid RestrepoDirector de AguasAdriana María Palau ÁngelDirectora de Planeación InstitucionalClaudia Chapman ChapmanDirectora de Servicios InstitucionalesHernán Darío Vergara CastroDirector de Control InternoPaula Restrepo DuqueDirectora Responsabilidad EmpresarialÓscar Herrera RestrepoDirector Finanzas InstitucionalesGloria Haidee Isaza VelásquezDirectora Gestión Humana y OrganizacionalGabriel Jaime Betancourt MesaDirector de Crecimiento InternacionalAna Cristina Navarro PosadaJefe Unidad de ComunicacionesValería Restrepo AbadAsesora de Proyectos EspecialesGrupo de Publicaciones EPM:Ana Cristina Navarro PosadaJefe Unidad de ComunicacionesCarlos Mario Montoya DíazJefe Unidad de Aprendizaje OrganizacionalCarlos Andrés Vargas AriasProfesional Subdirección Identidad EmpresarialJosé Ignacio Murillo ArangoProfesional Unidad de ComunicacionesLuz Beatriz Rodas GuerreroProfesional Unidad de Aprendizaje OrganizacionalCoordinación de diseño: Subdirección Identidad EmpresarialRevisión de textos: Unidad de ComunicacionesPeriodicidad: semestralSolicitud de canje:Biblioteca EPMCarrera 54 No.44-48 Plaza de CisnerosTeléfono: 3807500Bibliotecaepm@epm.com.coMedellín - ColombiaEmpresas Públicas de Medellín E.S.P.Carrera 58 No. 42 - 125 Apartado 940E-Mail: epm@epm.com.co Tel: 3808080Medellín - Colombiawww.epm.com.co© Copyright: Empresas Públicas de Medellín E.S.P. No está permitida su reproducción por ningún medio impreso,fotostático, electrónico o similar, sin la previa autorización escrita del titular de los derechos reservados.Las opiniones expresadas por los autores en este número corresponden a su posición personal.

EPM es una empresa que genera conocimiento. Encada uno de sus procesos es posible percibir la huellade la experiencia y del espíritu de investigación einnovación que anima a nuestra gente.Esta revista de circulación semestral, que llega a susexta edición dentro de la nueva etapa que inició enel año 2009, es un espacio para divulgar ese saber queestá inmerso en la dinámica de EPM, donde confluyenla teoría y la práctica, la academia y el ejercicioprofesional en la prestación de los servicios públicos.Encontramos aquí el resultado del contacto quesiempre valoramos entre la gestión empresarial y lavida de las aulas, con una visión global y de búsquedade la excelencia, con respeto por el conocimiento,compromiso con el aprendizaje y un marcado interéspor hacer las cosas bien hechas pensando siempre enel beneficio de la gente y del país.Esta edición presenta un compendio sobre elsaneamiento, un aspecto importante de la gestiónde EPM que se refleja en la solidez de su sistema en elValle de Aburrá y en programas de gran trascendenciacomo el saneamiento del río Medellín, que este mismoaño empezará a cumplir una etapa crucial con laconstrucción de la planta de tratamiento de aguasresiduales Bello.Se destaca igualmente que los trabajos de investigaciónque conforman la publicación son resultado de laespecialización en Ingeniería de Sistemas HídricosUrbanos, realizada con la Universidad de Los Andespor 33 funcionarios de la Dirección de Aguas de EPM.Esta primera parte está compuesta por siete artículosque exploran, entre otros, aspectos como el uso delas tecnologías para la rehabilitación de redes dealcantarillado sin zanja, las alternativas para disminuirlos caudales pluviales en una ciudad como Medellín,la aplicación eficiente de los recursos financieros a lossistemas de saneamiento en Colombia y el uso de softwareespecializado para modelación y simulación de una plantade tratamiento de aguas residuales.Sorprende encontrar en estas páginas cómo detrásde elementos en apariencia tan sencillos, como lo espor ejemplo una cámara de inspección del sistema dealcantarillado, hay toda una trama de ecuaciones, demateriales y procedimientos. Los autores de estos artículoshacen visible ese mundo y lo comparten con generosidad.Completamos este número de la Revista EPM con trestemas diferentes: la implementación de la norma técnicaRA8-025 en el programa de electrificación rural AntioquiaIluminada, la gestión de PCB (compuestos sintéticos cuyouso, por el impacto que tienen en la salud y en el medioambiente, está regulado por el Convenio de Estocolmo de2001) en EPM y la historia de la publicidad en esta empresaque hoy consolida su marca en el mercado nacional einternacional.Esta revista es otro espacio creado por EPM parapropiciar el encuentro, el acercamiento con sus gruposde interés. Nos interesa compartir lo aprendido durantemás de 56 años de vida institucional y contribuir a quelas nuevas generaciones de profesionales, los docentese investigadores conozcan, discutan y exploren connosotros, desde los más diversos puntos de vista, cómose prestan los servicios públicos domiciliarios, una tareaque, como aquí podemos apreciarlo, asumimos con totalresponsabilidad social y ambiental.Juan Esteban Calle RestrepoGerente General

Dosier: saneamientoSelección de alternativa y análisistécnicoLa principal alternativa propuesta para buscarsolucionar la problemática de inundación en elsector de estudio, es la construcción de un tanque dealmacenamiento temporal del agua lluvia, aplicandola técnica de depósito de detención subterráneo comoparte de un sistema de tratamiento pasivo de drenajesostenible (depósito de tormenta).Para desarrollar la propuesta, se realizó una revisiónde la información de las redes del sector, tomando delsistema geográfico de EPM las longitudes y pendientesde los tramos, los diámetros y material de las tuberías,las cotas, las profundidades de batea de entrada ysalida, la conectividad y la descarga, presentadas por eltrayecto de red que sirve de drenaje para el deprimidodel intercambio vial de San Juan con la Avenida delFerrocarril. Toda esta información se tomó con laherramienta G/Technology del sistema de EPM.Figura 2. Esquema del trazado de la red de agua pluvial que sirve alcaso de estudio. Fuente: EPM Aguas, Grupo Drenaje Urbano. Puntosvulnerables de drenaje urbano. Medellín, 2010.10

Para definir el área tributaria se tuvo en cuenta laconformación de las vías del sector, los arranques de lasredes pluviales y la observación en campo de los recorridosdel agua superficial en el área de estudio durante laocurrencia de varios eventos de lluvias torrenciales, dondese evidenció que el agua de escorrentía superficial noalcanza a ser evacuada completamente por el sistema dedrenaje de aguas lluvias y sus áreas aferentes.De esta manera, se asume la captación de los sumiderosen un 25 % durante un evento de lluvia torrencial,teniendo como referente para elegir este porcentaje unestudio experimental del funcionamiento de sumiderosde aguas lluvias, con pendientes longitudinales del 0% al10% y transversales del 0% al 5%, en un tramo de vía de 14metros de longitud.Figura 1. Esquema de redes existentes. Fuente: G/TechnologyNetViewer EPM.11

Dosier: saneamientoEn el análisis de esta información se hizo un chequeo dela capacidad hidráulica al tramo de red que transportalas aguas lluvias del deprimido, teniendo en cuenta,para seleccionar el área tributaria, la disposición delos arranques de la red existente en la vía a desnively así conocer su comportamiento en condicionesteóricas. El tramo chequeado fue el número C1E-C2E,con un área estimada de 0,99 hectáreas (caso 1), y pararealizar un cálculo más cercano al comportamientodel escurrimiento del agua superficial que llega aldeprimido se amplió el área tributaria y se estimó en7 hectáreas (caso 2). Las áreas fueron medidas en losplanos CAD y en el SIGMA de EPM.Determinación de caudal de diseñode la red existentePara realizar la verificación de la capacidad hidráulicade la red de drenaje de agua lluvia existente en eldeprimido de San Juan hacia la Avenida del Ferrocarril yel cálculo del caudal de diseño del tanque de retención,se utilizó el método racional, empleando para amboscasos una hoja de cálculo de Excel para revisión dediseños. En dicha hoja se tuvieron datos de entradacomo: área tributaria, longitud de tubería, cota deterreno y cotas de batea de los puntos aguas arribay aguas abajo del tramo en verificación, distancia ypendiente al punto más alejado, material y diámetrode la tubería, complementada con el nombre de laestación pluviográfica local y el período de retorno que,a su vez, introduce en la tabla los datos pluviográficosde dicha estación.Todos estos datos fueron utilizados para el cálculo deotros parámetros como: coeficiente de escorrentía,tiempo de entrada, tiempo de concentración, tiempode tránsito, relaciones de velocidades selección delcoeficiente de rugosidad de Manning y el cálculodel caudal de diseño; este último con la fórmula delmétodo racional incluida en la hoja de cálculo. De estaforma se verifica la capacidad hidráulica con el cálculode q/Q y si cumple esta verificación,la hoja de cálculorealiza las demás comprobaciones: Vr/V, velocidadreal, relación hidráulica de la lámina de agua conrespecto al diámetro, radio hidráulico, relaciones dediámetro y esfuerzo cortante.Cálculo del caudal por el métodoracional:Q = C * i * A donde;C: coeficiente de escorrentíai : intensidad de precipitación [l / s / Ha]A: área tributaria [Ha]Datos comunes a ingresar para loscasos de verificación hidráulica deltramo C1E-C2E:Estación pluviográfica: Miguel de AguinagaPeriodo de retorno: 5 añosCoeficiente de impermeabilidad: 1Velocidad supuesta: 2,5 m/sCota de terreno superior: 1.462,50 mCota de terreno inferior: 1.466,10 mCota de batea entrada: 1.461,13 mCota de batea salida: 1.460,54 mLongitud del tramo a verificar: 82,55 mDiámetro de la tubería: 600 mmCoeficiente de rugosidad: 0,013Datos específicos de cada caso:Área tributaria de aguas lluvias:Área para verificación 1: 0,99 haÁrea para verificación 2: 7 haLongitud del punto más alejado:Longitud 1: 196 mLongitud 2: 547 mPendiente al punto más alejado:Pendiente al punto 1: 2%Pendiente al punto 2: 2%12

De los datos obtenidos de la hoja de cálculo para loscasos 1 y 2, se concluyó que el caudal máximo quepuede transportar la tubería verificada es de 519,09l/s, valor a partir del cual se presentan inundacionesy sólo cumpliría con la capacidad hidráulica cuandoel área tributaria considerada, A= 0,99 ha, no incluyelos volúmenes de escorrentía adicionales que le estánllegando por las condiciones del terreno. Esto seevidencia en el resultado de la segunda verificación,donde se tomó un área mayor, presentandoincapacidad hidráulica en la red.Finalmente, para desarrollar un cálculo másprevisivo teniendo en cuenta el agua que puedellegar al sitio, proveniente de zonas más alejadasque las anteriormente seleccionadas durante loseventos de lluvia de tormenta, y aplicando el criterioantes mencionado, para definir un área tributariamaximizada para calcular el caudal de diseño de laestructura de detención se obtuvo un área tributariade 38,38 hectáreas.Para el cálculo del caudal de diseño del tanque dedetención, se ingresaron nuevamente a la hoja decálculo todos los datos requeridos por la fórmula delmétodo racional, como lo son estación pluviográfica,período de retorno, área tributaria, coeficiente deimpermeabilidad, distancia y pendiente al punto másalejado.Datos para el cálculo de caudal dediseño del tanque de detención:Estación pluviográfica: Miguel de AguinagaPeriodo de retorno: 10 años, por ser un área mayor de 10 haÁrea tributaria de aguas lluvias: 38,38 haCoeficiente de impermeabilidad: 0,90Pendiente de áreas tributarias: 2%Longitud del punto más alejado: 1.022 mPendiente al punto más alejado: 2%El caudal total, obtenido en la hoja de cálculo para el diseñodel tanque de detención con los datos especificados, esde 7.293,84 l/s, aproximado a 7.294 l/s. Con la suposiciónhecha para la alternativa propuesta, se considera que soloun 25% de este caudal va a las redes y el otro 75%, queequivale a 5.471 l/s, es el caudal de diseño para el tanquede almacenamiento temporal.Figura 3. Esquema de área tributaria maximizada.13

Dosier: saneamientoCálculo del volumen del tanquePara el cálculo del volumen, se estimó un tiempo delluvia conservador de 20 minutos de duración. Por lotanto:V= Q Alm *tV alm : Volumen a almacenar [m 3 ]Q Alm : Caudal de almacenamientot : Tiempo de duración [min]V alm = 5.471 l/s * 20 min * 60 s * 0,001 m3V alm = 6.565 m 3Sitio de ubicación y área disponiblepara el tanque de tormentapropuestoFigura 4. Posible sitio de ubicación para el tanque de tormenta propuesto.Zona verde ubicada en el costado sur en el radio interno de la glorieta,entre la vía oeste-este del deprimido y la vía a nivel del intercambio vialde la calle San Juan con la Avenida del Ferrocarril.Para definir un posible sitio de ubicación, seidentificaron lugares con áreas de superficie abiertacomo el parqueadero situado en el costado sur de lacalle San Juan con la Avenida Ferrocarril, los parquesde los costados nor-occidental y nor-oriental de laglorieta, zonas verdes dispuestas en el radio interno dela glorieta, entre el carril del deprimido y la vía a nivelde esta, entre otros. Adicionalmente a esta verificación,se hizo un análisis de conveniencia de localización,teniendo en cuenta de manera conceptual la mejorcondición de llenado del tanque, privilegiando elllenado por gravedad, lo cual es posible en la zonaverde ubicada en el costado sur en el radio internode la glorieta, entre la vía oeste-este del deprimidoy la vía a nivel, aprovechando la infraestructura delas redes existentes y su facilidad de adecuación alos nuevos elementos de conexión a la estructura dedetención. Igualmente, el punto seleccionado tiene encuenta la ubicación óptima del sistema de bombeo,necesario para realizar el vaciado del tanque, que debehacerse nuevamente a la red por no tener en la zonaposibilidad de descarga a una fuente natural, toda vezque se encuentra por debajo del nivel del río.Otra información que se tuvo en cuenta para laselección es la investigación de la existencia deredes en el sitio que puedan interferir en un procesoconstructivo. Medida de los planos CAD y en el SIGMAde EPM, tiene un área disponible de 2.310 m 2 .14

Cálculo de la profundidadCon el área seleccionada y el volumen a almacenar,se hizo el cálculo de la profundidad del tanque (h) sintener en cuenta el borde libre.h Alm =V AlmA selecionadaA selecionada :Área seleccionadaV Alm :Volumen de almacenamiento [m 3 ]h= 6565 = 2.842310Esta profundidad puede variar de acuerdo con eldiseño geométrico del tanque y con las condicionesestructurales de diseño, o en caso de que se vaya autilizar sólo parte del área seleccionada. Un ejemplosería que si se tuviera una profundidad h= 3.5 m, el áreaocupada alcanzaría los 1.875.7 m 2 , aproximadamenteel 81% del área disponible.Cálculo de tiempo de vaciadoEn un sentido práctico, se puede calcular el tiempo devaciado del tanque, bajo la condición:t= V Alm [h]QDesV Alm :Volumen de almacenado [m 3 ]Qd :Caudal de descargaEl caudal máximo de descarga, es el caudal a tubo llenode la tubería a la que se va a retornar el agua almacenada.t= 6565 m 2 *h519.09 l s * 3600s * 0,001 m 2t= 3.5hPara la descarga del tanque, se puede considerar en elcálculo de bombeo la instalación de dos bombeos quecubran la potencia requerida.De acuerdo con la ubicación del tanque de almacenamiento,se podría establecer un primer bombeo a la red que enel trayecto se convierte en combinada y a partir de unperíodo de almacenamiento hacer un segundo bombeohacia la cobertura Zanjón Guayaquil.Otras alternativas propuestas basadasen sistemas de infiltraciónTécnicas de superficies permeablesEl desarrollo de proyectos de superficies permeables esposible en parqueaderos a cielo abierto, parques y plazasde la cuenca. Por su tamaño, el más importante es elparqueadero del Palacio de Exposiciones frente al TeatroMetropolitano, con un área aproximada de 4.250 metroscuadrados. Actualmente tiene una superficie irregularprincipalmente de grava, presenta encharcamientos eneventos de lluvia, y está dispuesto para usos múltiples. Eneste espacio se pueden realizar desarrollos de aplicaciónde superficies en adoquines permeables, pavimentospermeables incluso con franjas verdes o cunetas verdes,que cumplan simultáneamente el mejoramiento dedrenaje superficial y procesos de cambios paisajísticos.Otros desarrollos que se pueden realizar en la cuencaCentro Parrilla, requieren la intervención de las superficiesactuales para realizar proyectos de pavimentospermeables, como las vías internas del sector del EdificioEPM y entre el Parque de los Pies Descalzos y Plaza Mayor;las vías internas entre la zona de La Alpujarra y la sededel Instituto para el Desarrollo de Antioquia, y en la Plazade la Luz hacia el viaducto del Metro, donde se tienenactualmente superficies duras y allí podrían proyectarseobras al ser puntos de aplicación de pavimentos porosos yadoquines o depósitos de infiltración.15

Dosier: saneamientoAlternativas propuestas basadas ensistemas de almacenamientoTécnicas de depósitos de retenciónSistemas de tratamiento pasivo como elalmacenamiento de aguas lluvias en un tanque detormenta, o depósitos de retención como el del casode estudio, se pueden hacer en el Parque de SanAntonio que, con una superficie dura de más de 18.000metros cuadrados, es uno de los sitios que más aguade escorrentía aporta a la red de drenaje pluvial. Eneste lugar se podría llevar a cabo una combinaciónde tratamientos de drenaje urbano, considerandoimplementar zonas de jardines, conduciendo el flujohacia una estructura de tratamiento pasivo contanques de detención y utilizando parte del sótano 2de parqueaderos. De esta forma se lograría un mejormanejo de las aguas de escorrentía y la recuperaciónde las calidades paisajísticas y ambientales del sector.Igualmente, en la Plaza de la Luz, que tiene 10.637metros cuadrados de área, con una superficie dura ensu mayoría y por ser una plaza relativamente nueva,se propone como una posible zona para realizar unproyecto con un depósito de detención con lo cualsolo se tendría que intervenir una pequeña secciónde la misma.Esta propuesta sería posible con un depósito de áreaaferente amplia, que incluso aliviaría en parte elproblema del caso de estudio de este trabajo. Otragran ventaja es que permitiría, por su ubicación y cota,el descargue por gravedad de una parte del depósito.Estas y otras alternativas viables técnicamente, inclusonecesarias, no encuentran viabilidad financiera puestoque la cuenca Centro Parrilla está compuesta, en sumayoría, por bienes inmuebles construidos en un áreade muy alto valor por metro cuadrado y generalmentelos propietarios y constructores prefieren pagar conmulta las zonas verdes que debieran tener. Esto seaprecia en el mapa de usos del suelo de la cuenca,donde se destacan en color verde los parques y zonasverdes, apreciándose un muy bajo uso del suelo. Sinembargo, sí se pueden hacer nuevos desarrollos deciudad que incorporen algunos depósitos de detenciónsubterráneos en la zona paralela a la línea B del Metro.ConclusionesSegún el cálculo realizado, con la verificación de lacapacidad hidráulica del tramo de la red que transportael caudal que llega al deprimido del caso de estudio,se encontró que se está generando incapacidad endicha red, lo que se evidencia con las inundacionesque se vienen presentando cuando ocurren eventosde lluvias torrenciales en el sector. Esta situación sepresenta porque están llegando caudales adicionales atransportar por dicha red.En la revisión de las redes que transportan el caudal quellega al deprimido de la calle San Juan con la Avenida delFerrocarril, según la base geográfica SIGMA de EPM, seencontró que el recorrido que hace el flujo antes de llegara la descarga tiene una longitud aproximada de 1.600metros, considerada demasiado larga por las pendientestan bajas del terreno, donde el trazado de la red coincidecon la planicie del río Medellín en zonas con pendienteprácticamente horizontal. Adicionalmente, en dos de lostramos, la red presenta estrangulamientos que tambiéncontribuyen a que se presenten inundaciones.De acuerdo con las observaciones realizadas durantelos eventos de lluvias en el sector del caso de estudio, seevidencia que los sumideros con que cuenta la zona noalcanzan a captar de forma eficaz los volúmenes de agua.En algunos tramos puede ser por ubicación inadecuadade los mismos o por taponamiento con la contaminaciónque les llega en el transcurso del evento de lluvia.Para el caso de estudio, se encontró que son posibles lascondiciones técnicas y el espacio requeridos para construirun sistema de almacenamiento temporal cercano al sitiode inundación que, de acuerdo con la topografía de la zona,tiene la factibilidad de recibir el aporte de caudales porgravedad, incluyendo los caudales del sector de la glorietaque también presenta problemas de inundación y se puederealizar el descargue posterior y controlado a las redes.16

Actualmente no existe normatividad en el Plande Ordenamiento Territorial ni en las normasespecíficas constructivas y de diseño de las redesde alcantarillado pluviales de EPM, para un manejointegral de las aguas lluvias con carácter de sistemasde drenaje urbano sostenible, como es el enfoque delas administraciones municipales a nivel mundial.Desde todo punto de vista, es la legislación lallamada a liderar los desarrollos que la sociedadrequiere y más específicamente en temas desaneamiento. Unas normas claras trazadas sobrelas necesidades comunes permiten el cumplimientode estándares mínimos de bienestar y desarrollode una sociedad. Estas normas deben ser llevadasdesde el compromiso institucional y la formaciónciudadana, hasta la ejecución de obras de inversióny la convivencia con educación, que promueven elcrecimiento de una ciudad sin estancamientos.Se requiere entonces, una reglamentación sin vacíosen el mandato del manejo de los recursos naturalesy específicamente en el manejo de las aguas lluvias,la formación de la población en el respeto de losdesarrollos urbanísticos que buscan resguardar losrecursos naturales, de los profesionales del área enel conocimiento y aplicación de estos nuevos temas,de los gobernantes por comprometerse con estossistemas sostenibles y de las instituciones por invertiren desarrollos con visión de futuro en la preservaciónde los recursos naturales y su impacto en la sociedad.17

Dosier: saneamientoRecomendacionesPara el caso de estudio se recomienda hacer undiagnóstico completo de la capacidad hidráulicay el estado estructural de la red, toda vez que nohay una información de cuál es la red que puedeconducir más agua, para seleccionar un tanque dealmacenamiento como alternativa de alivio.Hacer una evaluación de posibles desvíos y cambiosde flujo en la red, para utilizar más eficientemente laestructura existente.Instrumentar el río Medellín para conocer los nivelesde descarga, trabajando con datos actualizadosde las estaciones metrológicas de la cuenca, loscuales pueden ser suministrados por las mismascorporaciones ambientales, incluyendo los registrosde EPM.Teniendo identificados los puntos de inundaciónen la ciudad, es importante hacer una evaluaciónde costo – beneficio, donde se incluyan todos losprecios asociados en que pueden llegar a incurrir lasadministraciones locales, por daños a terceros.Hacer una simulación en los puntos identificados deinundación en términos de impermeabilidad.Incluir el tipo de soluciones de drenaje urbanosostenible en el Plan de Ordenamiento Territorial,con énfasis en los proyectos de parques linealespara que incluyan zonas permeables y se disminuyala afectación que se está causando aguas abajo delparque.Los sumideros son estructuras críticas, su diseño yubicación debe obedecer a criterios técnicos paramejorar la eficiencia de captación. Por esta razón esimportante tener en cuenta las evaluaciones técnicasexperimentales realizadas y los casos prácticos comolos presentados en la bibliografía.Con el propósito de replicarlas localmente, tomar lasexperiencias de drenaje urbano sostenible, realizadaspor otras ciudades con topografías semejantes a lade Medellín.BibliografíaAlcaldía de Medellín. Documento de drenaje urbano:Identificación de problemáticas asociadas a los eventosde lluvias, punto de vista urbanístico. Medellín 2010.Asociación Española de Abastecimientos de Aguay Aaneamiento (AEAS). Los depósitos de retenciónde aguas pluviales de Barcelona: un nuevo enfoqueen la lucha contra las inundaciones y la protecciónmedioambiental. Memorias del XXIV Jornadas técnicasde la AEAS. Barcelona 2004. En: Tecnología del agua, Vol.XXIV Nº 252, septiembre 2004, pág. 36-40.Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambientalde la Pontificia Universidad Católica de Chile. Sistemasestandarizados de drenaje de aguas lluvias paraurbanizaciones y viviendas. (http://www2.ing.puc.cl/Aguaslluvias/quienes.htm).EPM Aguas. Grupo Drenaje Urbano. Puntos vulnerablesde drenaje urbano. Ponencia. Medellín. Diciembre de2010.EPM Aguas. Jornadas Iberoamericanas sobre el riesgo deinundaciones en zonas urbanas, Ponencia. Cartagena deIndias. Agosto de 2008.Gómez Valentín, Manuel. Comportamiento hidráulico delas calles durante lluvias extremas en zonas urbanas. En:Ingeniería Hidráulica en México. Vol. XXIV, No. 3 (julioseptiembre,2009); p. 51 – 62.IRHA: Seminario: La recolección de agua de lluvia, unaherramienta para la adaptación al cambio Climático ydesarrollo. Rainwater Harvesting, a Tool for Developmentand Adaptation to Climate Change. (http://irha-h2o.org/page=Activities&section=Fourth_pillar&event=IRHA_Seminar:_Rainwater_Harvesting,_a-Tool_for_Development_and_Climate_Change_Adaptation).(Noviembre 2010).Ministerio de Vivienda y Urbanismo de Chile, Direcciónde Investigaciones Científicas y Tecnológicas – DICTUC.Guía de Diseño: Técnicas alternativas para soluciones deaguas lluvias en sectores urbanos. (http://serviu10.minvu.cl/Legislacion_y_Normativa/Urbanismo_y_Construccion/aguas_lluvias.htm). (Noviembre de 1996).18

Navarro Pérez, Ivonne. Determinación de laviabilidad técnica y económica de un sistema dealmacenamiento temporal de aguas de drenajeurbano para la ciudad de Bogotá. Bogotá, 2007, 187p. Tesis (Ingeniería Ambiental) Universidad de LosAndes. Facultad de Ingeniería. Departamento deIngeniería Civil y Ambiental.Perales Momparler, Sara. Et. Al. Los sistemas urbanosde drenaje sostenible (SUDS) en la hidrogeologíaurbana. [http://www.dina-mar.es/pdf/6-if-suds-2.pdf].Rodríguez Bayón, Joseba et. Al. Sistemas urbanos dedrenaje sostenible, SUDS. En: Interciencia. Vol. 30, N°005 (mayo 2005); p. 255-260.Rodríguez Hernández, Jorge. Estudio, análisis ydiseño de secciones permeables de firmes para víasurbanas con un comportamiento adecuado frente ala colmatación y con la capacidad portante necesariapara soportar tráficos ligeros. Santander, 2008, 515pág. Tesis doctoral. Universidad de Cantabria.19

Dosier: saneamientoPropuesta metodológicapara la conceptualizaciónde sistemas de drenaje urbanoJuan Fernando Zapata GaviriaSubgerencia Operaciones SistemasAguas, EPMjuan.zapata.gaviria@epm.com.coPalabras claveHidrología urbana, diseño hidráulico, tránsitohidráulico, oxígeno disuelto, almacenamientotemporal, control en tiempo real, drenaje urbano.20

ResumenCon este trabajo se pretende plantear unaaproximación al nuevo pensamiento sobre los futurossistemas de drenaje urbano, mediante una propuestametodológica claramente definida que tenga en cuentala integralidad del sistema en los componentes de lahidrología, la hidráulica del drenaje urbano y la calidaddel agua, como una herramienta para la planificaciónde los sistemas de drenaje urbanos sostenibles.Adicionalmente, pretende proporcionar aldiseñador o proyectista los elementos necesariospara desarrollar los proyectos sobre el tema. Si bienestos tópicos son extensos, aquí se presentarán lospuntos que cobran más relevancia en el diseñomoderno de los alcantarillados.1. La lluviaGran parte del territorio colombiano, especialmentelas regiones Caribe, Andina y Pacifica, en la cualesvive el 90% de la población, está sometido al efectomacroclimático denominado el ENSO, fenómenoNiño y Niña.El fenómeno de El Niño se presenta cuando lasaguas superficiales del Océano Pacífico Tropicalsufren un calentamiento anómalo, asociado aun debilitamiento de los vientos alisios y, con eldesplazamiento del centro de convección del Esteal centro de la cuenca Pacífica (Poveda, 1998),produciendo un debilitamiento de la surgenciaoceánica en la costa Este de la cuenca Pacífica y laconsecuente profundización de la termoclina.El de La Niña, por el contrario, está caracterizadopor una disminución inusual de las temperaturassuperficiales del Océano Pacífico Ecuatorial (fase fría).En Colombia, el ENSO en su fase de La Niña ocasionaun aumento en las lluvias en gran parte del territorio, yEl Niño, las sequías.Pero este fenómeno, muy de moda en los últimosaños, no es un evento nuevo. La NOAA (NationalOceanic Atmospheric Administration) reporta datosde estas anomalías desde 1950. Si bien, estosfenómenos ocasionan inundaciones en parte delsuelo colombiano, veremos en este documento que elinadecuado manejo del drenaje urbano, debido a loscambios en los usos del suelo, puede producir gravesconsecuencias, inundaciones y contaminación derecursos hídricos con graves impactos ambientales,sociales y económicos.Para simular este tipo de cambios en el uso del suelo y susconsecuencias, existen diferentes métodos como el de lasAbstracciones del S.C.S (Soil Conservation Service) basado en elnúmero de curva, el del Índice ᶲ (U.S. Army Corps of Engineers, 2001;Chow V.T., 1994), el de Green – Ampt (1991) y el SMA (Soil MoistureAccounting Loss Method), entre otros.El de Abstracciones fue desarrollado por el Servicio de Conservaciónde Suelos de Estados Unidos (SCS) y relaciona la lluvia y la retenciónen el suelo con la lluvia efectiva o escorrentía directa. El SCSdefinió un número adimensional llamado número de curva CN,que indica el grado de impermeabilidad de una superficie. Estevalor depende del tipo y el uso de suelo y de las condiciones dehumedad antecedente. Por otro lado, el método del Índice ᶲ utilizala pérdida inicial y una tasa constante de pérdidas en la cuenca,luego de que ha sucedido la lluvia. Es un método utilizado encuencas instrumentadas donde se tienen registros simultáneos deprecipitación y caudal. Se recomienda utilizar el método del SCS,pues considera los usos del suelo y las condiciones antecedentesde la humedad en la zona de estudio.AplicaciónEn este trabajo se realizó una simulación para estimar los caudalesmáximos instantáneos, para una lluvia de período de retorno de10 años, de una cuenca urbana de 9.1 km2 que ha estado sometidaa actividad urbanística en los últimos años. Los usos del suelo envarios periodos de tiempo se muestran a continuación:21

Dosier: saneamientoPara cada uno de estos casos de usos del suelo, se tienepara el año I un CN 74.7, para el año II 77.3 y para elaño III 80.1. En la siguiente figura se presentan las treshidrógrafas resultantes, en donde se puede evidenciarel aumento de los caudales picos en el año III y ladisminución del tiempo al pico.22

2. Hidráulica del drenaje urbanoSe presentan los elementos básicos del diseñomoderno del drenaje urbano, a partir de las ecuacionesfísicamente basadas y el tránsito hidráulico comoherramientas para conocer la hidráulica de lossistemas de alcantarillado, distribuidos básicamenteen tres grupos: Hidráulica de tuberías bajo flujouniforme, Hidráulica de tuberías bajo flujo nopermanente y Tránsito hidráulico mediante elmodelo de onda cinemática como el caso más típicode modelación en las redes.2.1 Tuberías parcialmente llenas bajo flujouniforme2.1.1 Tipos de flujo para el diseñoLas tuberías de alcantarillado deben diseñarse comoconducciones a flujo libre por gravedad. En general, elflujo de aguas residuales o aguas lluvias a través deuna red de alcantarillado, utilizada para su recoleccióny transporte no es permanente. Sin embargo, el diseñohidráulico de una tubería fluyendo parcialmente llenase hace bajo la suposición de que en esta existe flujouniforme.Para tuberías con diámetros nominales inferiores a1.300 mm, el diseño debe verificarse bajo la condiciónde flujo gradualmente variado. Esto también se aplicapara los canales y otros conductos que formen partedel sistema de recolección y transporte de aguasresiduales y/o lluvias. Para tuberías con diámetrosnominales iguales o superiores a 1.300 mm, eldiseño se debe verificar bajo la condición de flujo nopermanente, teniendo en cuenta la tubería diseñaday las demás tuberías interconectadas a ese sistema.En todo caso, cuando la velocidad en una tubería dealcantarillado sea superior a 4 m/s se debe hacer unanálisis del comportamiento hidráulico detallado deltramo, en particular de las estructuras de disipaciónde energía y las cámaras de inspección o de caída queexistan en los extremos.2.1.2 Ecuación de resistencia fluidaPara el dimensionamiento de la sección transversalde una tubería fluyendo parcialmente llena, bajo lacondición de flujo uniforme, se debe utilizar la ecuaciónde Darcy-Weisbach en conjunto con la ecuación deColebrook-White. La primera es válida para todo elrango de flujo turbulento, desde el hidráulicamenteliso hasta el hidráulicamente rugoso. A continuaciónse muestra la ecuación de Darcy-Weisbach.h f = f L V 2d 2gDonde, h f = Pérdidas por fricción (m). f = Factor de fricciónde Darcy (adimensional). L= Longitud de la tubería (m).v=Velocidad del flujo (m/s). d= Diámetro interno real de latubería (m). g= Aceleración de la gravedad (m/s 2 ).Para el cálculo del factor de fricción de Darcy, se debeutilizar la ecuación de Colebrook White y se presenta acontinuación:1 ⎛ k=-2log s10f 3.7d + 2,51 ⎞⎜⎟⎝ Re f ⎠Donde, h f = Rugosidad absoluta (m). Re= Número deReynolds (adimensional).Es posible establecer la siguiente ecuación que relaciona lavelocidad del agua por la tubería, bajo condición de flujouniforme como función de la rugosidad absoluta de latubería, del radio hidráulico de la sección transversal, dela viscosidad cinemática del agua y de la pendiente de latubería. Ahora, multiplicando por el área se obtiene unaecuación explícita para el caudal:⎛ KQ = − 2 8gRS A log s1014.8R + 2.51v ⎞⎜⎟⎝ 4R 8gRS ⎠Q= Caudal del flujo (m 3 /s). R= Radio hidráulico (m). A=Área mojada transversal (m 2 ). S= Pendiente longitudinalde la tubería (m/m). v= Viscosidad cinemática (m 2 /s).2.2 Flujo gradualmente variadoEl flujo unidimensional normalmente se describe pordos variables (Q y h), las cuales son dependientes delespacio y el tiempo (x, t). Dependiendo de la naturalezadel problema se puede describir con otro par de variablescomo V y h, lo que conlleva a pensar que estos sistemasson modelados con dos variables dependientes y por lotanto se requieren dos ecuaciones para representar elfenómeno en una dimensión.Generalmente se usa el principio de conservación deenergía para el tránsito en régimen permanente, definidoa partir de la siguiente ecuación:H = z + d cosθ + α V 22gDonde, z= es la elevación del fondo del canal. d= es laprofundidad de flujo medida en dirección perpendicular ala superficie libre. dcosɵ= y= es la profundidad de flujo. α=es el factor de corrección de energía cinética.Si la ecuación anterior se deriva respecto al eje x,asumiendo un canal de baja pendiente α=1 y cosθ =1, laecuación anterior se reduce a:dydx = S − S 0 f21+ F r23

Dosier: saneamiento2.3.2 Modelo de onda cinemáticaDonde Fr es el número de Froude; esta ecuación seresuelve a través de diferentes técnicas numéricas,siendo una de las más conocidas el método estándarpor pasos (Chow, 1959).2.3 Tuberías parcialmente llenas bajo flujono permanenteLos modelos de tránsito distribuido de crecientespueden utilizarse para describir la transformación delluvia en escorrentía en un sistema de alcantarilladopara producir el hidrograma de flujo a la salida, yluego tomar este hidrograma como la información deentrada a la planta de tratamiento, canal de desagüe ocauce de un río.El tránsito hidráulico de crecientes se basa en lasolución de la ecuación de continuidad, acompañadapor la ecuación de conservación de momentum lineal.Se deben tener en cuenta todas las fuerzas que actúanen la frontera del volumen de control; esto hace que eltránsito hidráulico sea más exacto que el hidrológico.En los métodos de tránsito no permanente seutilizan las ecuaciones de conservación de masa y deconservación de cantidad de movimiento, para calcularlas características en el desplazamiento de la onda. Estepar de ecuaciones conforman las ecuaciones de Saint-Venant y a pesar de que son muchas las restriccionesde aplicabilidad, es fácil encontrar canales y sistemasde alcantarillado, para los cuales estas ecuacionesproducen resultados con alto grado de aproximación.2.3.1 Tipos de tránsito hidráulicoLas ecuaciones de Saint–Venant tienen varias formassimplificadas, cada una de las cuales define un modelode tránsito distribuido unidimensional. Aunque lasfuerzas expresadas en la ecuación de momentumsiempre están presentes en cualquier problema dehidrodinámica, puede darse el caso de que no todassean relevantes. Esto hace que se puedan tener variostipos de tránsito hidráulico de crecientes:1 ∂Q+ 1 ∂ ⎛ Q 2 ⎞+g ∂ y −gS 0A ∂t A ∂x ⎝⎜ A ⎠⎟ +gS f= 0∂xOnda cinemáticaOnda de difusiónOnda dinámica cuasi-permanenteOnda dinámicaPor ser este modelo el más utilizado en el tránsitohidráulico en redes, desprecia las aceleraciones locales yconvectivas (el flujo no se acelera) y las fuerzas de presión.En este caso la ecuación de Saint-Venant de conservaciónde momentum se reduce a:Lo anterior implica que el flujo puede ser tratado como“uniforme no permanente”. Esto significa que no hayefectos transientes de curvas de remanso. En este casoexiste un balance entre el efecto de la aceleración debido ala gravedad y el efecto de retraso de las fuerzas de fricción.La celeridad de onda es la velocidad con la cual se mueve elfrente de onda con respecto a los bordes del conducto. Enel caso de la onda cinemática los términos de aceleracióny de presión son muy pequeños comparados con losgravitacionales y los de fricción; esto significa que elmovimiento de la onda está descrito más por la ecuaciónde continuidad que por la de momentum.2.3.2.1 Esquema numéricoLas ecuaciones de Saint-Venant para la onda cinemáticason dos ecuaciones diferenciales parciales, una decontinuidad y otra de momentum. La solución de lasecuaciones requiere de métodos como, por ejemplo, el delas características y el de los métodos numéricos directos.Estos últimos convierten las ecuaciones diferenciales enecuaciones de diferencias finitas para la conservación dela masa y del momentum lineal, las cuales pueden serlineales o no lineales.Los cálculos de las variables desconocidas se hacensimultáneamente en función del espacio y del tiempo. Enel caso de tránsito hidráulico de crecientes las variablesdesconocidas son: Q y A.Si se tiene una función f(x) continua en un intervalo (a,b), el valor de f(x+Δx) puede ser calculado utilizando elvalor de f(x), que se supone conocido, y las derivadas de lafunción f en el punto x conocido, utilizando series de Taylory resolviendo para f'(x), se obtiene:f '( x ) =( ) = 0gA −S o+ S fS o= S ff ( x )− f ( x − Δx )ΔxEsta ecuación puede ser utilizada para solucionar laecuación diferencial parcial, en donde la derivada esfunción de los valores conocidos de la función inicial.24

2.3.2.2 Solución por diferencias finitasEl esquema de diferencias finitas debe solucionar lasecuaciones de Saint–Venant. La variable dependienteúnicamente es Q. La ecuación de continuidad, por ser unaecuación diferencial parcial, se puede aplicar al método delas diferencias finitas, con el fin de conocer Q para cualquierlugar x del conducto en cualquier instante de tiempo.La otra variable dependiente (y o A) se calcula utilizandoQ(x, t) y una ecuación de resistencia fluida, tal como laecuación de Gauckler Manning. Luego de un sencilloprocedimiento matemático se llega a:jΔtΔx Q jj −1Q −1 jj j −1⎛+ abQ i +1+ Q i⎞ ⎛ qii +1 ⎜2⎟ + Δt i +1+ q i +1⎞⎜j⎝ ⎠2⎟⎝ ⎠Q i +1=ΔtΔx + ab Q j −1 b−1j⎛ + Qi +1 i⎞⎜⎝ 2⎟⎠b−1Donde los valores a y b dependen de la geometríadel conducto, y los términos de Δx y Δt deben estarrelacionados mediante la condición de Courant:Δt = ΔxC ocComo un caso de aplicación de esta metodología, se deseaconocer el tránsito hidráulico de una hidrógrafa con caudalpico de 0.08 m 3 /s, que ingresa a un sistema de colectoresde 2 km, en donde se obtienen las siguientes hidrógrafasen distintos Δx25

Dosier: saneamiento3. Introducción a la modelación de lacalidad del aguaSe describen los aspectos fundamentales de lamodelación de la calidad del agua desde la perspectivadel oxígeno disuelto, con el fin de conocer cómo unadescarga o vertimiento impacta ambientalmente elcuerpo receptor, que puede ser un colector, un canal ouna corriente natural. Se plantea la forma más simplede modelar el oxígeno disuelto mediante la ecuaciónde Streeter & Phelps.3.1 Streeter & Phelps: descargaspuntualesEl modelo de Streeter & Phelps agrupa los dosprincipales mecanismos que gobiernan el oxígenodisuelto en una corriente recibiendo aguas residuales:la descomposición de la materia orgánica y lareaireación del oxígeno, como tal, proporcionan unmarco analítico para predecir el efecto de diferentestipos de descargas en el oxígeno disuelto.3.1.1 Déficit de oxígeno disueltoEl balance de masas para la demanda bioquímica deoxígeno DBO y el oxígeno disuelto puede ser descritocomo:L = L 0e − k d tD = k L d 0e − k d t − e − k a tk a− k dDonde, L= carga de materia orgánica expresada comoDBO. D= déficit de Oxígeno disuelto. k d,k a = constantesde descomposición de la materia orgánica y reaireaciónrespectivamente.3.1.2 Ecuación de Streeter & Phelps conuna descarga puntualSe puede modelar una corriente con una sola descargapuntual de DBO. La corriente se modela en estadopermanente y es caracterizada por un flujo pistón conhidrológica y geometría constante. Este es el modelomás simple de Streeter & Phelps. Resolviendo seobtiene:L = L 0e − k rU xD = D 0e − k aU x + k L d 0k a− k r( )⎛⎜⎝e − k rU x − e − k aU x⎞⎟⎠Esta ecuación difiere de las anteriores en que solo unaparte de la remoción tiene un efecto en el déficit y que eldéficit tiene un valor inicial.3.1.3 Balance del déficit en un punto dedescargaEl déficit de oxígeno se sugiere para simplificar el modelomatemático. Al determinar la concentración de fronterase puede incurrir en errores dado que las descargas queentran al sistema tienen temperaturas diferentes, por loque el oxígeno de saturación cambia.Esto puede ocurrir en sistemas en donde el oxígenode saturación cambia longitudinalmente debido a latemperatura, la elevación o la variación de la salinidad;para esto, en los puntos de descarga se deben tenerpresentes los siguientes balances de masas:T d= T u Q u + T i Q iQ dDonde, T d,Q d, temperatura y caudal aguas abajo. T u,Q u,aguas arriba. T i,Q i, descarga.El balance de masas para el oxígeno se puede describirtambién así:O d= O Q + O Q u u i iQ dDonde, O d,Q d, Oxígeno y caudal aguas abajo. Q u,Q u, aguasarriba. Q i,Q i, de la descarga.3.1.4 Múltiples descargas puntualesEn general, se discretiza la corriente o el río en variossegmentos, cada uno de estos vinculados a unascondiciones de frontera. La modelación se inicia aguasarriba, en donde las concentraciones iniciales se conocen.Las ecuaciones anteriores se utilizan para calcular laconcentración en dirección al flujo, aguas abajo.La información calculada en el primer segmento seconvierte en la condición inicial para el siguientesegmento y así sucesivamente. Existen dos tiposde condiciones de frontera. La primera, representala hidráulica de la corriente. Está dada cuando losparámetros cambian debido al cambio de la pendientedel fondo del canal y a la geometría de la sección, loscuales modifican la velocidad, la profundidad y la tasade reaireación; en muchas casos, la concentración delsegmento aguas arriba es la misma para el segmentoaguas abajo. La segunda ocurre cuando hay una descarga,por lo que se debe entonces calcular el balance de masaspara establecer la concentración inicial del segmento.26

3.2 Streeter & phelps: descargadistribuidaAhora se plantea la solución matemática paradescargas distribuidas o difusas. Pueden ser de dostipos: la que no contribuye con flujo y la que sí lo hace.3.2.1 Descargas sin flujoEste tipo de descargas no aporta cantidad de agua alsistema y es utilizada principalmente para caracterizarel oxígeno. Se describe primero como puede seraplicada para la DBO.3.2.1.1 DBOUn ejemplo puede ser la contaminación del sedimentode fondo que contiene una alta concentración demateria orgánica disuelta en sus poros. Para estoscasos, el balance de masas se puede resolver,L = S L1− e − k r tk r( )Donde, S l = es la tasa de DBO distribuida (ML -3 T -1 ). K r =es la tasa de remoción de la DBO.Por lo tanto, la DBO se incrementa y luego se aproximaasintóticamente a un estado estacionario Ḹ, donde laganancia de la DBO se balancea con la remoción. Elbalance de masas para el déficit de oxígeno se puedeescribir comoEMBED Equation.33.2.1.2 Oxígeno disuelto, ODLas fuentes de OD han sido empleadas comúnmentecomo cargas distribuidas, y se utilizan para simular elefecto de las plantas y de la demanda de oxígeno delos sedimentos. El balance de masas se puede describirasí:D = k d S Lk rk a1− e − k a( ) t−k rk dS Lk a− k r( )( ) e − k r t − e − k a tDonde, P y R = es la tasa volumétrica de la fotosístensisde las plantas y la respiración respectivamente. S' B =demanda de oxígeno de los sedimentos por unidad deárea. H= profundidad.3.2.1.3 Modelo total de Streeter & PhelpsSe han analizado por separado dos tipos de descarga,puntual y no puntual. Ahora se pueden combinar paraobtener un modelo más completo. Para un tramo decorriente con un punto de descarga aguas arriba y unadescarga distribuida a lo largo de la longitud, los resultadosde la ecuación para la DBO y el déficit de oxígeno serán:L = L 0e − k r t + S L1− e − k r tD = D 0e − k r t + k L d 0e − k r t − e − k ak a− k r( ) t+ −P + R + S ' HB1− e − k ak a( ) t+ k S d L1− e − k ak rk a( ) t−3.2.2 Solución numéricaLa aproximación analítica estudiada anteriormente tieneaplicabilidad limitada, por lo tanto se utiliza un métodonumérico para la solución de estas ecuaciones. La siguientedescripción es similar a la aproximación que se utiliza enel modelo QUAL2E, y está basada en dividir la corrienteen varios tramos con igual hidráulica, y estos a su vez sondivididos en segmentos de igual longitud.Igualmente, se supone que el aumento del caudal se ajustaa una función lineal. Entonces, el caudal total al final deltramo es dividido por el número de segmentos en donde ladescarga es distribuida. Los cálculos se realizan elementopor elemento y se inicia por el elemento que esté másaguas arriba. Una vez se calcula el caudal y el volumen,el balance de masas para la DBO y el oxígeno puede serdesarrollado utilizando diferencias hacia atrás, así:Este tipo de solución numérica muestra una dispersiónnumérica E n que es aproximadamente igual a E n =(Δx/2)U.De aquí se tiene que el tamaño del segmento no puede sermayor a Δx(E n )-U.Todo lo anterior se puede ver de manera grafica enun caso de aplicación, en donde se desea conocer elcomportamiento del oxígeno disuelto de un río quetiene una descarga de aguas residuales en el km 100 y ladescarga de un tributario en el km 60.k r( )L i= Q L + Q L i −1 i −1 e d ,iQ i+ k r ,iV i⎛Q i −1O i −1+ Q eO d ,i− k d ,iV iL i+ k a ,iV iO i+ P i− R i− S ' b ,i⎝⎜O i=Q i+ k a ,iV ik rH ik dS Lk a− k r( )( ) e − k r t − e − k a t⎞⎠⎟27

Dosier: saneamiento28

Tal como se mencionó anteriormente, resolviendopara el estado dinámico, como son todos los sistemas,se observan en la primera figura unas condicionesde OD relativamente aceptables teniendo en cuentaque esta hace parte de las horas de la noche en dondeno hay mucha descarga orgánica; la segunda figuraobedece a un pico de la curva de descargas orgánicasy, por lo tanto, en un tramo del río se presentancondiciones anóxicas. En la tercera figura y de acuerdoa las características de la corriente, el río tiene buenarespuesta y se recupera rápidamente a medida que ladescarga de materia orgánica disminuye.4. Control en tiempo real, RTCLa mayoría de sistemas de drenaje urbano, SUD, seoperan de un modo esencialmente estático o pasivo,es decir, los elementos que componen el SUD operande una única forma.Los sistemas se diseñan de una manera convencionalpara manejar los caudales producidos por tormentasde altos períodos de retorno y, por lo tanto, las redestienen grandes volúmenes de almacenamiento. Parala mayoría de eventos de lluvia, este almacenamientono se utiliza plenamente, así que el disponible sepuede aprovechar mediante una adecuada gestión,con el fin de buscar una óptima interacción entre lasentradas y las salidas del sistema.Butler (2004) considera que un sistema de drenajeurbano es operado bajo RTC, cuando los datosrecolectados y procesados en el sistema son utilizadospara operar los reguladores de flujo durante elproceso. Por lo tanto, la información (niveles, caudales,concentraciones) es continuamente recogida yprocesada y se utiliza para tomar decisiones sobreel funcionamiento de los principales elementos delsistema (presas, bombas, planta de tratamiento), entiempo real. para limitar la ocurrencia de efectosadversos.Existen tres motivaciones para implementar el controlen tiempo real en los sistemas de drenaje urbano: 1.El avance en las tecnologías de medición, 2. El nuevoobjetivo enfocado a la evaluación de la calidad de aguaasí como lo propone el concepto de Control Integralunificando la red, la planta de tratamiento de aguasresiduales y el cuerpo de agua receptor, y 3. El progresoen metodologías y herramientas de control.4.1 Estrategia de controlTambién existe el desarrollo de estrategias basadas entécnicas de optimización matemática, cuyo objetivooperativo se traduce en minimizar una funciónobjetivo para ciertas restricciones. De esta forma seobtiene la solución óptima y por lo tanto se busca el mejorrendimiento del sistema. Un ejemplo simple puede ser elde minimizar el volumen de descargas de los aliviaderosen un tiempoi = t ihasta t f, → mint f∑V ii =t iLa mayoría de los programas de modelación de drenajeurbano permiten incorporar estrategias de control, perocon diversos grados de sofisticación, permitiendo lacomparación de las soluciones estáticas o convencionalesy varias opciones de RTC. El modelo que se obtiene debeestar sujeto a la calibración y a la verificación.4.2 Beneficios y desventajasLos sistemas RTC tienen las siguientes ventajas (Butler, 2004):Reducción en el riesgo de inundaciones mediante la /utilización del almacenamiento en el sistema.Reducción de la contaminación por descargas oderrames debido a un mayor tiempo de residenciahidráulica en el sistema.Reducción de los costos de capital por minimizar elalmacenamiento y los requerimientos de carga hidráulicaen los sistemas.Reducción de los costos de operación por optimizaciónde bombeos y costos de mantenimiento.Mejora del rendimiento en las PTAR, generando unequilibrio de las cargas de entrada y permitiendo a laplanta operar más cerca de su capacidad de diseño.Otros beneficios indirectos incluyen la flexibilidad pararesponder a cambios en la cuenca o a fallas locales en elsistema y un mejor entendimiento del funcionamientode la red. También se disminuye fuertemente lacontaminación a través de los aliviaderos hacia los cuerposreceptores, mitigando así los impactos ambientales.Entre otros beneficios, para algunos sistemas están losmenores costos de energía por la óptima operación de losbombeos, control de sedimentos en las redes, tratamientode aguas residuales con mejores eficiencias y un mejorentendimiento y mantenimiento del sistema a través delos datos históricos recogidos por el sistema.Las desventajas son relativamente pocas. La renunciaa implementar los sistemas con un RTC está basadaprincipalmente en la falta de experiencia operativa.También existe preocupación con relación a la tecnologíade los sistemas y su mantenimiento y, en general, eldesconocimiento de los pocos sistemas existentes en elmundo que son controlados.29

Dosier: saneamiento4.3 Almacenamiento temporalDe acuerdo con lo anterior, el principal elementode un sistema RTC es el almacenamiento temporal,el cual tiene como funciones el de limitar los casosde inundaciones y reducir la cantidad de agua lluviaaltamente contaminada o “primer lavado”, entregadaa un cuerpo receptor. De esta manera, se retienen loscontaminantes en el sistema en lugar de enviarlosal cuerpo receptor, aún después de que el vertederode la estructura ha entrado en operación durante unevento de lluvia.El diseño de los tanques se basa en la operación delmismo para que este opere a un flujo determinado,el cual en este caso es controlado a la entrada. El flujoretorna al sistema, ya sea por gravedad o bombeo.Esto depende de la configuración del sistema y dela pendiente del terreno. El flujo pasa a través deltanque sin ningún tipo de impedimento hasta que elflujo de entrada excede la capacidad de la salida. Elexceso de flujo se almacena en el tanque creando unaumento de nivel.4.3.1 Nivel de almacenamientoEl cálculo de la relación entre el flujo de entrada y salida(cambio de volumen en el tiempo) se puede dar como ladiferencia entre ellos dS - dt = I-0, También se puedetransformar la tasa del almacenamiento en funciónde una altura dS - dt = AdH - dt. En muchos casos, larelación entre la altura y el área de almacenamiento esde la forma A=αH ß .Cuando el flujo de salida sea regulado por un orificiose tiene que:dH= I −C A 2gHd Odt A= f ( H ,t )Esta ecuación se resuelve utilizando algún métodoiterativo. Mediante las aproximaciones de Euler seresuelve así: H(t+Δt) = H(t)+Δt.f(H,t).5. Conclusiones y recomendacionesLa parte inicial de este documento presenta la influenciade diferentes fenómenos macroclimáticos sobre elcomportamiento temporal de la lluvia en Colombia. Elcomportamiento de la lluvia debe ser bien conocido parauna óptima operación de los sistemas de drenaje urbano.Para la estimación de caudales máximos paradiferentes períodos de retorno, en nuestro medio seutilizan ampliamente los métodos como el racional,regionalización de características medias e hidrógrafasunitarias de Snyder, William y Hann, y S.C.S., siendo esteúltimo el único método basado en cuencas urbanas y, porlo tanto, considera las pérdidas hidrológicas. Este métodose recomienda para el estudio de las cuencas del drenajeurbano en donde se deben tener en cuenta las restriccionesy limitaciones del método.En el método no lineal de la onda cinemática, durante eltránsito por diferencias finitas, se genera una atenuaciónnumérica del pico de la hidrógrafa, debida a efectosnuméricos por la pérdida de masa. En el caso de laaplicación de las características se generan múltiplessoluciones, ya que la intercepción de estas causadiscontinuidad en el flujo. Las funciones potenciales querelacionan los parámetros hidráulicos han permitidoincluir la no linealidad asociada a cambios en la geometríapara todos los modelos de la onda cinemática, con erroresmenores al 1%.La modelación numérica se convierte en una buenaherramienta para la evaluación de los impactos ambientalesde derrames o descargas de sustancias conservativas y noconservativas o sustancias contaminantes en los cuerposreceptores. El modelo de Streeter & Phelps es un muy buenmodelo para conocer el comportamiento del oxígenodisuelto como uno de los principales indicadores de lacalidad del agua y del déficit de oxígeno para determinarel control de los niveles de contaminación.La expansión de los centros urbanos, impermeabilizaciónde suelos y disminución de cobertura vegetal (aumentode picos y mayor producción de sedimentos), alteranfuertemente el ciclo hidrológico natural. De aquí lanecesidad de la gestión de las aguas lluvias desdeuna perspectiva que agrupe los aspectos hidrológicos,ambientales y sociales, dando así una tendencia mundial alos sistemas urbanos de drenaje sostenibles (SUDS).La principal herramienta de los SUDS son los sistemascon control en tiempo real, los cuales pueden ayudar adisminuir la cantidad y la calidad del agua de escorrentía,maximizando la integración paisajística, el valor social yla acción ambiental.30

El almacenamiento temporal es el principal elementode los sistemas controlados en tiempo real. Con él sepueden controlar inundaciones y se puede almacenarel agua lluvia, y además el primer lavado de la lluvia.El agua lluvia puede ser vertida al cuerpo receptor deuna manera regulada por un alivio y el agua del primerlavado de la lluvia, altamente contaminado, puede sertratada en la planta de tratamiento de agua. Esto esposible con un sistema controlado.Uno de los principales beneficios de un sistema con CTRes el ahorro en la operación y mantenimiento, aunqueen Colombia no hay evidencia, pues ningún sistema escontrolado; de ahí la necesidad de seguir conociendoe investigando estos sistemas, que incluyen variasáreas del conocimiento como: hidráulica, mecánica,ambiental, eléctrica, electrónica, entre otras disciplinas,y las experiencias a nivel mundial.BibliografíaButler D., Davies J., Urban Drainage. 2nd edition.Spon press. London, 2004.Chapra, S.C. Surface Water-Quality Modelling.University of Colorado, McGraw-Hill series in WaterResources and Environmental Engineering, NewYork, USA. 1997.Chow, V. Hidrología Aplicada. McGraw Hill, 1994.584p.Chow; V. T. Open-channel hydraulics. Mc Graw HillBook Company. New York. 1959. P 633.EPM. Anuario Hidrometeorológico 2005.Departamento de Hidrometría e Instrumentación,Empresas Públicas de Medellín. Vol. 1.EPM. Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarilladode EPM, Medellín 2009.Smith y Vélez. Hidrología de Antioquia. Posgrado enAprovechamiento de Recursos Hidráulicos, Medellín,1997. 200 p.Vélez J., Poveda G. y Mesa O. Balances Hidrológicosde Colombia. Universidad Nacional de Colombia– Colciencias - UPME. Ed Todográficas Ltda. 1a Ed.Medellín, 2000.31

Dosier: saneamientoModelación y simulaciónde la planta de tratamientode aguas residualesSan Fernandocon el software GPS-X versión 5.0Andrea del Pilar González GonzálezÁrea Recolección Aguas Residuales EPMandrea.gonzalez@epm.com.coPalabras claveSimuladores de procesos, software GPS-X, planta detratamiento de aguas residuales San Fernando32Planta de tratamiento de aguas residuales San Fernando.

ResumenEn este artículo se expone un ejercicio de simulaciónen estado estable (no se presentan variaciones delos parámetros en el tiempo) de la línea líquida de laplanta de tratamiento de aguas residuales (PTAR)San Fernando, realizado con el software GPS-X(General Purpose Simulator) versión 5.0, para locual se utilizaron los datos de diseño.la validación de diseños de plantas de tratamientode agua residual, con base en los valores esperadosde DBO (demanda biológica de oxígeno), SST(sólidos suspendidos totales) y caudales, entreotros, establecidos en el manual de diseño porel consorcio diseñador Greeley and Hansen yCompañía Colombiana de Consultores.Este estudio permitió, en primer lugar, conocerel funcionamiento de esta herramienta demodelación y simulación, y en segundo lugar,evaluar la potencialidad del software en cuanto aGeneralidadesLa simulación es un proceso de imitación de unfenómeno real llamado sistema (conjunto de elementosorganizados e interrelacionados entre sí, para lograr unobjetivo. Tiene entradas -datos- y salidas -información-),a través de expresiones matemáticas (modelos) quepueden traducirse a un lenguaje de programación.El modelo es una representación simplificada deun sistema real, complejo, y el cual puede ser físicoo material, como por ejemplo una maqueta, omatemático como la representación de fenómenos através de ecuaciones matemáticas 1 .La simulación es importanteporque 2 :Ayuda al entendimiento de las causas y los efectos delas relaciones que se dan en un sistema real.Postula un número de hipótesis relacionadascon los datos.Permite verificar hipótesis y sacar conclusiones.Simplifica el problema para ayudar a hacer unanálisis manejable.Simuladores en plantas de lodosactivados 3un simulador para las PTAR, (plantas de tratamiento deaguas residuales) es un programa de computador quepermite al usuario conectar varias unidades de proceso,como es el caso de los biorreactores y sedimentadores,con base en el esquema de la planta de tratamiento,para reproducir su comportamiento de acuerdo con lascaracterísticas del agua residual de entrada que se hayaingresado al simulador.Este tipo de simuladores también incorpora modelosque describen otras unidades de proceso tales como:precipitación química, digestores anaeróbicos y demásprocesos para el manejo de lodos. Cada unidad de procesocontiene uno o más modelos matemáticos que describensu comportamiento, siendo el modelo de los reactoresbiológicos usualmente el más complejo.Los simuladores presentan numerosos beneficios enla operación de los sistemas de tratamiento de agua,porque permiten validar diseños, optimizar procesos,determinar la capacidad límite de los mismos, soportardecisiones y entrenar al personal operativo sin necesidadde experimentar en tiempo real en la planta.Entre los diferentes tipos de simuladores seencuentran los especializados en plantas detratamiento de agua residual, específicamentepara plantas de lodos activados.1 HYDROMANTIS. GPS-X, versión 5.0 technical reference. [CD-ROO]. 2006.2 Ibidem. P. 17m3 MELCER, Henryk. et al. Methods for wastewater characterization in active sludge modeling. EstadosUnidos: Water Enviroment Research Foundation (WERF), 2003. Págs 3-1 - 3-333

Dosier: saneamientoTodos los simuladores para las PTAR fuerondesarrollados en la década del 90 y construidos sobreel desarrollo del ASM1 (Modelo de lodo activado N°1)en el decenio de los 80. En la tabla 1, se presentanlos simuladores más importantes de lodos activadosdisponibles en el mundo.SimuladorAño deintroducciónen elmercadoVersiónactualASIMEAWAG (SwissFederal Institute ForEnviromentalScience &Technology)Suiza1 998 4.0.3.1 4BiowinDesarroladorEnviroSimAssociates LimitedUbicaciónSitio webwww.eawag.chCanadá 1990 3.1 5 www.envirosim.comGPS-Xwww.hydroHydromantis, Inc. Canadá 1991 6.0 6 mantis.comSIMBAIFAK – SystemGmbHAlemania1 994 6.0 7 www.ifaksystem.comSTOAT WRc Group Reino Unido1 994 4.3 8 www.wrcplc.co.ukWEST Hemmis N.V. Bélgica1 998 3.0 9 w ww.hemmiFuente: Methods for wastewater characterization in activated sludgemodeling. Water Environment Research Foundation. 2003.Software GPS-X 11En este contexto, en 1982 la International Association onWater Quality (IAWQ), actualmente, International WaterAssociation (IWA), estimuló la formación de un grupo deestudio internacional encargado de revisar la modelaciónde los sistemas de lodos activados y este fue el “Task Groupon Mathematical Modelling for Design and Operation ofActivated Sludge Process”, cuyo resultado fue el modeloASM1 que describe la remoción de la materia orgánicay el nitrógeno en las plantas de tratamiento de aguasresiduales municipales 10 .EL GPS-X es un programa de computador dirigidoa las PTAR, diseñado para simular la calidad delefluente con base en las características del agua deentrada a la planta o afluente. El software cuentacon la herramienta “influent advisor”, una hojade cálculo diseñada para ayudar a los usuariosa entender las características del afluente y asíprevenir errores durante las simulaciones. En ella,se debe definir la librería (conjunto de modelos querepresentan, por medio de ecuaciones matemáticas,el comportamiento de los procesos de tratamientodel agua), el modelo biológico y el modelo delafluente, dependiendo del objetivo de la simulacióny la información que se tenga disponible.4 Disponible en: http//www.asim.eawagch/download/download.htm. (consultado 6 de dic. 2010)5 Disponible en: http//www.envirosim.com/gettingstartedML.pdf. (consultado 6 de dic. de 2010)6 Disponible en: http//www.hydromantis.com/GPS-X.html. (consultado 6 de dic. de 2010)7Disponible en: http//www.ifak-system.com/products/simulation-software/wastewatersimulation/simba-6.html (consultado 6 de dic. 2010)8 Disponible en: http//www.wrc plc.co.uk/pdf/STOATFlyer.pdf (consultado 6 de dic 2010)9 Disponible en: http//www.wateronline.com/product.mvc/West-Version-300001 (consultado 6 de dic2010)10 FALL, cheikh. Modelación matemática de plantas de tratamiento de lodos activados. En: Hidrored- Redde potabilización y depuración del agua. (En línea). Capítulo 22. Disponible en . [consultado 4 oct. 2010]11 HYDROMANTIS. Op. cit34

Planta de tratamiento de aguas residuales San Fernando.Fuente: Manual de operación y mantenimiento de la plantaSan Fernando, tomo 1. Greeley and Hansen y CompañíaColombiana de Consultores, 1999.35

Dosier: saneamientoMetodologíaLa metodología se desarrolló en tresetapas:1. Recolección de los datos deentradaSe recolectaron los datos correspondientes al diseñode la planta, tanto físicos como operacionales,necesarios para alimentar los modelos de cadaobjeto o unidad de proceso.2. Configuración del modelo ysimulación de la línea líquida de laplanta San FernandoPara la configuración del modelo de la línea líquidade la planta se escogieron los siguientes modelos ylibrería, de acuerdo con la información disponibledesde el diseño y el objetivo de la simulación:Librería: CN (carbono – nitrógeno)Modelo biológico: ASM1Modelo del afluente: BODbasedSe escogió el modelo biológico porque es uno de los másutilizados y representativos para simular la remoción de lamateria orgánica, siendo este el objetivo de la planta ensu diseño. De otra parte, se seleccionó el modelo basadoen DBO para el afluente, porque desde su diseño la plantasiempre la ha medido como parámetro para cuantificarde forma aproximada la cantidad de materia orgánicapresente.Para esquematizar el proceso de la línea líquida de laplanta San Fernando en el GPS-X versión 5.0, se representósolo una estructura por cada proceso que la conforma,como se muestra en la figura 1.Fuente: software GPS-X versión 5.0.36

Para realizar la caracterización del agua residualafluente, se empleó el “influent advisor”, en la cualse ajustaron los parámetros que no se conocen paraobtener así una caracterización que reproduzcael comportamiento de la planta contemplada enel diseño. De los datos que requiere el “influentadvisor”, solo se tienen del diseño de San Fernandolos correspondientes a: DBO, SST, nitrógeno total y larelación DBO/DQO (demanda biológica de oxígeno /demanda química de oxígeno).Ingreso de los datos al softwareEn cada uno de los objetos o unidades de procesoesquematizadas a través del GPS-X y que se muestranen la figura 1, se despliegan diferentes opciones quefueron seleccionadas de acuerdo con los datos con losque cuenta la planta. Los que no se encontraron en eldiseño fueron tomados por defecto, que son valores dereferencia que trae el software para cada uno de losmodelos escogidos (ver tabla 3).Fuente: elaboración propia.De acuerdo con la unidad de proceso y modelo seleccionadose deben ingresar datos físicos, operacionales, cinéticosy estequiométricos. En este sentido, algunos parámetrosfueron ajustados para lograr las características del aguaresidual efluente dadas por el diseñador.12 TACAKS, I. PATRY, G y NOLASCO, D. A dynamic model of the clarification-thickening proces, waterResearch vol. 25 No. 10, 1991. pags. 1263-127137

Dosier: saneamiento3. Ejecución de la simulación yresultadosLa simulación es ejecutada en estado estacionario y lassalidas se presentan en la figura 2.Fuente: elaboración propia.38

En la tabla 4, se presenta la comparación entrelos datos de diseño y los datos obtenidos con elejercicio de simulación.Fuente: Elaboración propia a partir de datos arrojados del software GPS-Xversión 5.0.En esta tabla se aprecia una aproximación entre losvalores del diseño y los valores obtenidos productode la simulación, por lo cual los datos de diseño sonreproducibles a través del software.39

Dosier: saneamientoConclusionesCon la aplicación de la herramienta de modelación ysimulación de plantas de tratamiento de agua residual,GPS-X, se obtuvieron conocimientos básicos acerca delfuncionamiento del software.Con la puesta en marcha del software se demostrósu capacidad de predicción. Los datos simulados seaproximaron a los datos de diseño.Como no se encontraron todos los datos requeridospara introducir al “influent advisor”, de manera que sehubiera logrado un mayor nivel de precisión entre losresultados simulados y los datos del diseño, se llevó acabo el ajuste de algunos parámetros solicitados porel modelo simple 1d correspondiente al proceso desedimentación, lo cual resultó ser conveniente parareproducir los datos de remoción de contaminantes(DBO y SST), tanto en el efluente primario como enel secundario.Con este trabajo se validó el diseño de la línea líquida dela planta San Fernando, comprobando así la utilidad delsoftware como herramienta de evaluación del diseño deuna planta de tratamiento de agua residual.40

RecomendacionesEs importante tener una caracterizacióncompleta del agua residual cruda, para obteneruna mayor precisión entre los datos simuladosy reales y, más aún, cuando se desee abordar unejercicio de calibración y simulación dinámica.Para continuar con la aplicación de esta herramienta,es indispensable seguir profundizando en elconocimiento del software y en los fundamentosde modelación, con el fin de conocer con certezacuáles son las variables al interior de cada uno delos modelos que presentan los objetos o unidadesde proceso en el GPS-X, y que se deben ajustar paraobtener resultados reproducibles y confiables.Debido a la complejidad, es necesario quesu manejo se realice por personal que tengaconocimientos acerca de modelación, delsoftware GPS-X y en tratamiento de aguasresiduales.En el proceso de simulación no es convenienteconstruir al mismo tiempo todo el esquema omodelo de la planta, porque con el gran número devariables se puede incurrir en incongruencias en losdatos de salida. Por esta razón, es recomendablehacer la simulación por unidades de proceso(desarenadores, tanques de sedimentación primaria,tanques de aireación, etc.), las cuales se deben irconstruyendo gradualmente, de tal manera que nose puede conectar la siguiente unidad sin asegurarcongruencia en los resultados de salida de la unidadde proceso que se está evaluando.BIbliografíaFall, Cheikh. Modelación matemática de plantas detratamiento de lodos activados. En: Hidrored- Red dePotabilización y Depuración del Agua. (en línea). Capítulo22. (Consultado 4 oct. 2010). Disponible en Greeley and Hansen y Compañía Colombianade Consultores (CCC). Manual de operación ymantenimiento de la planta de tratamiento de aguasresiduales San Fernando, tomos 1 y 2. Medellín, 1999.Hydromantis. GPS-X versión 5.0Technical reference. [CD-ROOM]. 2006Melcer, Henryk. et al. Methods for wastewatercharacterization in activated sludge modeling. EstadosUnidos: Water Environment Research Foundation(WERF), 2003.Tacaks, I; Patry, G. Y Nolasco, D. A dynamic model of theclarification-thickening process. : Water Research. Vol. 25No. 10, 1991. Págs.1263-1271.41

Dosier: saneamientoAplicación de las metodologías de CCTVy los sistemas de información geográficos(SIG) en la rehabilitación sin zanja deredes de alcantarilladoAlfredo Antonio Ochoa MontoyaÁrea Recolección Aguas Residuales EPMalfredo.ochoa@epm.com.coPalabras claveCámaras con circuito cerrado de televisión,tecnología sin zanja, redes de alcantarillado, SIG.42

ResumenLa concentración de personas en pueblos y ciudadesgenera problemas que deben ser resueltos como laconstrucción de viviendas, vías, parques y espaciospúblicos. Pero la respuesta a la comunidad crea a suvez nuevas necesidades. Por ejemplo, para satisfacerla demanda de agua es necesario construir redes dealcantarillado que permitan evacuar las aguas utilizadasde las zonas habitadas.Lo que inicialmente fue una solución que respondíaa una necesidad se ha convertido hoy en una serie deinfraestructuras complejas, críticas y cruciales para elbienestar de la sociedad. Cualquier tipo de falla quese presente sobre las redes de alcantarillado puedegenerar daños importantes que afectan de formadirecta a la comunidad.Durante las últimas décadas se han presentadoavances significativos relacionados con las redes dealcantarillado en todo el mundo y EPM no es ajena alos mismos. Es así como se implementó la metodologíapara el diagnóstico de redes de alcantarillado,mediante la utilización de cámaras con circuitocerrado de televisión (CCTV) y cuenta con unsistema georreferenciado de sus redes, conlo cual se abrió el horizonte para emplear laimplementación de técnicas de rehabilitación deredes mediante tecnologías sin zanjas.En el presente documento se analizan estas tresactividades: diagnóstico de redes con CCTV,sistemas de información geográfico (SIG) ynuevas tecnologías de rehabilitación sin zanja,planteando la posibilidad de su integración y,de este modo, abrir la gama de posibilidadespara una actividad que genera un gran impactoambiental y social, con una invitación a todos losprofesionales e interesados en el tema para quesigan innovando e investigando.1. IntroducciónDurante las últimas décadas, en todo el mundo sehan presentado avances significativos relacionadoscon las redes de alcantarillado. El diagnóstico einvestigación de redes con cámaras con circuitocerrado de televisión (CCTV), el desarrollopermanente de técnicas de rehabilitación utilizandotecnologías sin zanja (conocida como tecnologíatrenchless), el apoyo de sistemas de computaciónque permiten la georreferenciación de las redesy aplicativos especializados para el diseño de lasmismas, así como la aparición permanente denuevos materiales y equipos, generan el interés enla investigación sobre el tema.Actualmente las grandes y aún las pequeñasciudades cuentan con miles de kilómetros de redesde todo tipo: alcantarillado, agua potable, gas,energía y telecomunicaciones, entre otras, ubicadasdirectamente debajo de la infraestructura urbana.El diagnóstico de las redes realizado con CCTV, dondeun alto porcentaje de las mismas ha cumplido con suvida útil, indica que se presentan serias dificultadespara su mantenimiento por los esfuerzos a los cualesson sometidas, generándose un progresivo deterioroque implica que de forma prioritaria sean sometidas aun proceso de rehabilitación.Las nuevas tecnologías de rehabilitación ampliamenteprobadas en diferentes regiones del mundo, comienzan aser impulsadas en Colombia, en donde se han realizadotrabajos importantes en ciudades como Bogotá y Cali. EnMedellín, EPM empezó a adelantar los primeros trabajoscon nuevas tecnologías como CIPP (tecnología de curadoen sitio) y actualmente trabaja en la reposición de lasredes del centro de la ciudad mediante la utilización deeste tipo de tecnologías.2. Metodologías para la clasificaciónde redes con CCTVEl diagnóstico de las redes con cámara con circuito cerradode televisión (CCTV) es una actividad que se realiza con elfin de determinar el estado de las redes de alcantarillado.El proceso consiste en introducir a través de las cámarasde inspección de alcantarillado o pozos de visita, unacámara con circuito cerrado de televisión que evidencia entiempo real los diferentes problemas que se presentan enla red, permitiendo observación del estado constructivo,operativo, hidráulico y estructural de la misma yestableciendo también el tipo de rehabilitación que sedeba acometer: una reparación puntual, la renovación dela red o el reemplazo de la misma; de igual forma permiterevisar el trabajo después de haber sido ejecutado.43

Dosier: saneamientoEl sistema de diagnóstico con CCTV utiliza una cámarade televisión acoplada a un equipo de desplazamientoque opera sobre ruedas, orugas o un transportadorpara desplazarse a través de la red.Las imágenes que genera el equipo son transmitidasy visualizadas en un monitor, generalmente ubicadosobre un vehículo estacionado en la vía, y permitenidentificar el punto exacto donde se encuentralocalizado un daño y mostrar la distancia a la cual seencuentra.La información obtenida se almacena en diferentesformatos: DVD, memorias digitales o directamenteen computadores, y se generan datos por medio de unsoftware especializado de planos de la red donde seubican cada uno de los puntos de interés dentro de lared, así como fotografías e informes.En 2010, EPM implementó una metodología de codificación,calificación y clasificación de los diagnósticos realizadoscon cámara con circuito cerrado de televisión, denominada“Metodología para el diagnóstico y evaluación de redesde alcantarillado con CCTV”, de tal forma que permitiera,a partir del conocimiento de la cantidad y tipo de dañospresentes en la red, evaluar el estado estructural yoperativo de las mismas como método de soporte parala toma de decisiones y la planificación de programasde mantenimiento y de rehabilitación del sistema dealcantarillado.Al finalizar cada inspección, el tramo de red se clasificacon base en los daños estructurales y operativos quese encuentran, de acuerdo con la metodología decodificación, calificación y clasificación, y se genera uninforme donde aparecen la información de la tuberíainspeccionada, las fotografías, un plano esquemático deltramo de red con la ubicación de los observaciones y elcuadro de la clasificación que indica el estado de la red.Una vez realizados los trabajos de rehabilitación, el tramopuede ser revisado y reclasificado para obtener la nuevacondición del mismo.44

Dirección de aguasObservaciones con calificación y fotosContrato/contratista IPID tramo Despacho Tipo de red MaterialEPMTV1006 9213246 Zona centro Residuales ConcretoDirección Ciudad Barrio Cuenca PlanchaCL 54 x CRs 81 y 80Medellín Ferrini La Hueso 180CL. A. arriba Altura9213138Tipo CL. A.abajo Altura Tipo Longitud L. Inspec DiamPresupuesto Tipo de solucitud JustificaciónSolicitanteGuillermo Cardona GComentariosRecibo de redes9213123Fecha de solicitud2011/03/03 12:53:44 p.m. Alta45.6 46.0Solicitud de proyectos y urbanizaciones, equipos de redes o equipo demantenimiento para proyectos nuevos de urbanizacionesPrioridad Pedido FenixActa de pagoConvencionesGrado012345DiagnósticoSección de la tubería no inspeccionadaNo se encontraron defectos o los pocos defectos encontrados noson importantes y no comprometen la estabilidad estructural y/ooperación del tramo.Los defectos encontrados presentan una mayor importancia, perono comprometen la estabilidad estructural y/o operacinal deltramo inspeccionado a corto plazo.Los defectos encontrados general problemas puntuales de tipoestructural y/o operacional, se deben tomar acciones correctivas opreventivas con el fin de minimizar la posibilidad de falla.Los defectos encontrados putuales o sectorizados son de granimportancia y comprometen el estado estructural y/o operacionaldel tramo inspeccionado.Presenta defectos de gran importancia en todo el tramo queestructuralmente y/o operativamente requieren de intervencióninmediataRecomendacionesSe recomienda realizar nueva inspección en un plazo de 7 a 10años, para verificar el estado estructural y operacional deltramoSe recomienda realizar las acciones de mantenimiento con elfin de corregir los daños encontrados y hacer nuevainspección en un plazo de 5 a 7 años para analizar el riesgoestructural y/o operacional.Se deben realizar acciones de mantenimiento que permitancorregir los defectos priorizándolos de acuerdo con lagravedad o calificación, se recomienda realizar nuevainspección en un plazo de 3 a 5 años para verificar con elresultado de las acciones realizadas que no se haincrementado el riesgo estrucural y/o operacional.Se deben de tomar medidas preventivas o correctivasrealizando acciones de mantenimiento que impidan unageneralización del daño, priorizando los defectos según lagravedad o calificación, programar nueva inspección en unplazo de 1 a 3 años para analizar el resultado de las accionesejecutadas.Realizar las acciones de mantenimiento estructural y/ooperativo de carácter urgente para dejar en operación eltramo afectado, se debe analizar la posibilidad de unareposición o rehabilitación del tramoFigura 2. Formatos de reportes de la metodología para eldiagnóstico de redes de alcantarillado con CCTV de EPM.*No se pudieron determinar por presencia de nubes en las aerofotografías45

Dosier: saneamientoCalificaciónFecha de cálculo 14/07/2010 04:46:59 p.m.Formula Categoría Valor GradoSuma ponderada media del tramoSuma ponderada media - estructurales del tramoSuma ponderada media - opcionales del tramoSuma ponderada media - segmento 1Suma ponderada media - segmento 2Suma ponderada media -segmento 3Suma ponderada media - segmento 4Suma ponderada media - segmento 542,9621,687,4357,923,515,4810,240,2855452331Contrato/contratistaEPMTV1006IPID del tramo9213248Despacho Tipo de red MaterialZona centro Residuales ConcretoFecha limpieza Fecha inspección Operador Sentido Climatología Material03/03/2011 Hernando Carmona Flujo Seco ConcretoRomán9213138At 0,0 mINI - Inicio de inspecciónCategory: AuxiliarAt 0,0 mINI - Inicio de inspecciónCategory: AuxiliarAt 0,0 m / 12INI - Alineamiento correctoCategory: OperaciónAt 2,2 m 10/ 10ACB- Acometida en buen estadoCategory: Operación0,0 mAt 12,3 m 10/ 10ACB- Acometida en buen estadoCategory: Operación10,0 m20,0 mAsset length: 45.6 mSurveyed length: 46.0 mAt 23,9 m 10/ 10ACB- Acometida en buen estadoCategory: OperaciónAt 30,4 m 9/ 9ACB- Acometida en buen estadoCategory: Operación30,0 m40,0 mFigura 3. Formatos Clasificación y presentación detramos de red de la metodología para el diagnóstico deredes de alcantarillado con CCTV de EPM.9213123At 46.0mOBG- observación generalCategory: AuxiliarAt 46.0mFII- Fin de inspecciónCategory: Auxiliar46

3. Técnicas de rehabilitación deredes de alcantarilladoLos métodos tradicionales de excavación a cieloabierto para la instalación, rehabilitación oconstrucción de redes de alcantarillado, generangrandes molestias a la comunidad si no son tenidos encuenta los costos sociales (orientados a la mitigaciónde los problemas generados por las obras en algunosaspectos básicos como movilidad y tráfico vehicular,seguridad en la obra y costos económicos para elcomercio) y el impacto ambiental que se produce, loque ha dado lugar a una demanda cada vez mayordel estudio, análisis y aplicación de los métodos derehabilitación de redes utilizando la denominadatecnología sin zanja.Figura 4. Adaptación de la norma europea.47

Dosier: saneamientoLa rehabilitación de una red de alcantarilladocorresponde a todas aquellas acciones tomadas conel fin de mejorar o restablecer el funcionamientooperativo y estructural de la red, ya se trate de unareparación, una renovación o un remplazo.3.1 Técnicas de reparaciónLa reparación consiste en un procedimiento utilizadopara dar solución a los problemas puntuales(localizados) que se presentan sobre la red. Puedenser temporales hasta tanto se realice un proceso derehabilitación completo o mientras se espera unasolución a largo plazo. Corresponde la reparación a unprograma de mantenimiento y se considera que noagrega vida útil al sistema.Reparaciones a cielo abierto: es la forma tradicionalde realizar reparaciones. Implica el rompimiento devías, calles o zonas verdes, hacer las excavacionesnecesarias hasta llegar a la red para evidenciarla problemática a resolver, la ejecución de lareparación correspondiente y nuevamente realizarlos llenos y acabados. Presenta serias dificultades ala comunidad: ambientales, sociales y económicas,que pueden subsanarse utilizando un método dereparación con tecnología diferente. EscuchaLeerfonéticamenteReparaciones externas con abrazaderas y acoples:consiste en una abrazadera externa a la red que seutiliza para la reparación de redes desde el exterior.Implica la realización de trabajos a cielo abiertopara descubrir la red y repararla, como también elcorte de la sección afectada y el reemplazo por unanueva sección y su conexión mediante acoples oabrazaderas.Reparaciones externas de juntas: el trabajo es similara la realización de reparaciones con abrazaderasexternas. Requiere de excavación para descubrir lared y poder realizar el trabajo.Reparaciones con sistemas robotizados: unrobot es un dispositivo de control remoto conun circuito cerrado de televisión (CCTV) que seutiliza principalmente para realizar los trabajos dereparación localizados, tales como:Reparación de fracturas (radiales o longitudinales)mediante procesos de inyección.Retiro de obstáculos al flujo en la red, tales comoraíces y material sedimentado.Reapertura de conexiones de las acometidas enredes rehabilitadas.Reparación de acometidas mediante procesos deinyección de resinas y/o colocación de encofrados.Eliminación de acometidas penetrantes mediantecortadores o fresadores.Reparación de huecos.Sellado de infiltraciones de agua.Instalación de mangas.La utilización de procesos robóticos se facilita debidoa la existencia continua de cámaras de inspección dealcantarillado a través de las cuales se puede ingresarel robot sin necesidad de realizar excavaciones a cieloabierto. Cuando el dispositivo ingresa a la red, es operadomediante un sistema de control remoto por un operadorque se ubica en un vehículo en la superficie, quien tienela posibilidad de observar los daños presentes en la red através de una pantalla de computador y así realizar lasreparaciones correspondientes.Reaparición de acometidas penetrantes: consiste enel fresado o alisado de aquellas acometidas que pordefectos constructivos han penetrado al interior de la red,lo cual provoca una reducción de la sección transversalde la tubería y obstruye el flujo. Pueden retener material,con lo cual se generan obstrucciones.El trabajo consiste en ingresar el robot con el cortadordespués de identificar plenamente la ubicación de laacometida a reparar; tanto la cámara como el cortadorse operan a través de una sola unidad de control,eliminando la necesidad de un sistema de cámara porseparado, con lo cual el operador identifica plenamente eldaño y realiza la reparación a través del mismo monitor.Aplicación de sellos o resinas: mediante un robot serealiza la reparación de grietas y fisuras con la inyecciónde resinas y emulsiones fluidas que posteriormentese endurecen. De acuerdo con el tamaño, profundidady ubicación de las fisuras o grietas se utilizan resinasepóxicas, de poliuretanos, minerales y orgánicas, pastade cemento, entre otras. La tecnología de procesos deinyección puntuales no ofrece una plena reparaciónestructural.Colocación de sombreretes o encofrados: la colocaciónde encofrados es un método de renovación de lasconexiones de las acometidas a la red principal. Es unproceso económico y efectivo. Este sistema de encofradodeja perfectamente sellada y reparada la conexión de laacometida sin necesidad de fresado posterior.Revestimiento utilizando tramos cortos con CIPP:el procedimiento consiste en colocar una pequeñasección o manga de reparación (tipo CIPP) que seubica en el lugar del daño, empleando una bolsa oglobo que se infla para presionar la sección de CIPPcontra la estructura de la tubería original hasta queel revestimiento o resina es curado.48

Encamisados internos: técnica de reparaciónen sitio que consiste en introducir en la red dealcantarillado una camisa o manga que puede estarfabricada con materiales plásticos o metálicos.Algunas de las mangas utilizadas pueden sercolocadas una a continuación de la otra, con lo cuales posible reparar secciones de tubería de acuerdocon la longitud requerida.3.2 Técnicas de renovaciónLa renovación consiste en un procedimiento queimplica el cambio de tramos completos de red,mediante la instalación de revestimientos (felpas otuberías) al interior de la red a rehabilitar. Puede serestructural o no estructural. Algunas de las técnicas ométodos más utilizados son:Close fit lining, entubado sin espacio anular o técnicade rehabilitación por ajuste perfectoDeslizamiento con reducción asimétrica deldiámetro (doblado y formado, en inglés formed inplace pipe lining).Deslizamiento de tubería con reducción simétricadel diámetro (swagelining).Rolldown.Subline (entubado con ajuste perfecto).Método de inserción del revestimiento de envolturaen espiral (spirallining).Tubería curada en el sitio (CIPP) o tubería endurecidaen el punto de aplicación.Métodos de deslizamiento (sliplining).3.3 Técnicas de reemplazoLas técnicas de reemplazo consisten en la construcciónde un nuevo sistema de alcantarillado. Se mejoran lascapacidades hidráulicas (diámetros), ambientales yestructurales de la red, se genera vida útil al sistema yaque las redes viejas son generalmente destruidas conla construcción e instalación de tramos nuevos peroutilizando el alineamiento de la red antigua. Algunasde las técnicas o métodos más utilizados son:Métodos de fractura (rotura o estallido) de tubería oexpansión dentro del colector (pipe bursting).Método de extracción de tubería (pipe extraction).Pipe eating, fragmentación y remoción de tubería.Pipe splitting: corte de tubería.Extracción y reemplazo de tubería: pipe extractionand replacement.4. Instalaciones nuevasAdicional a los métodos de rehabilitación existen en elmercado algunos métodos denominados constructivos,utilizados para la instalación de redes nuevas. De ellospodemos mencionar:Método de perforación horizontal dirigida (HDD)Empuje de tubería (pipe jacking).Métodos de barrena, perforación rotativa helicoidal (PRH,auger boring).Máquinas de microtunelación con tubos piloto (PTMT)Método de tubería forzada o hincado horizontal detubería (pipe ramming).Métodos de compactación (CM), impact moling operforación neumática.5. Aplicación de un sistema deinformación geográfico con lametodología de diagnóstico con CCTVUna de las aplicaciones consistió en revisar las redesclasificadas de acuerdo con la metodología CCTV enun sector ubicado en el costado centro occidental deMedellín, abarcando las cuencas de las quebradas LaPicacha y La Hueso.Se observó el número y tipo de daños encontrados deacuerdo con la metodología de diagnóstico y se agruparonen términos de sus características y la reclasificacióndel estado operativo y estructural de las redes, teniendoen cuenta la reparación teórica de los grupos de dañosobservados y analizados mediante la utilización detecnologías de reparación sin zanja y apoyados en elsistema de información geográfico utilizado por laempresa y el software Geomedia.49

Dosier: saneamientoUna vez se ingresaron los tramos de reddiagnosticados, mediante la metodología parael diagnóstico de redes con CCTV a un sistema deinformación geográfico (utilizando el softwareGeomedia) su visualización es como se presenta acontinuación:Los tramos se encuentran clasificados para la zona deestudio por la metodología así:Tabla 1. Clasificación de los tramos diagnosticados en el área deestudio.En las gráficas se observa cómo el 58% de los 1.269 tramosdiagnosticados con CCTV se encuentran clasificados engrado 1, lo que indica que son tramos en los que no seencontraron defectos o los pocos defectos que se hallaronno son importantes y no comprometen la estabilidadestructural u operacional del tramo, por lo cual es evidenteque el análisis por daños debe realizarse sobre el otro 42%de los tramos clasificados en grados entre 2 y 5.Con relación a los 77 tramos de red clasificados comogrado 2, representan la menor cantidad de la muestra,corresponden al 6% de los tramos y son redes que deacuerdo con el sistema de clasificación los defectosencontrados presentan una mayor importancia pero nocomprometen la estabilidad estructural u operacionaldel tramo inspeccionado a corto plazo. Son tramos de redque si bien deben ser sometidos a procesos de reparaciónpuntual, no representan riesgos estructurales y no debenser tenidos en cuenta en un programa de reposición oreemplazo, salvo que las condiciones propias de diseño asílo requieran como, por ejemplo, insuficiencias hidráulicaso requerimientos de ampliación del sistema.50

Los tramos clasificados en los grados 3 y 5 presentanuna consistencia numérica (185 y 179), tramosde la muestra correspondientes al 15% y 14%respectivamente, mientras que el grado 4 correspondeal 7% de la muestra con 91 tramos. Los tramos 3, 4 y 5 sonaquellos que deben ser necesariamente intervenidosmínimamente con procesos de reparación o apiquesde verificación que permitan establecer el real estadode la estructura y las condiciones del terreno sobre elcual están instaladas, nivel freático, requerimientosfrente a diseños, entre otros.De acuerdo con la clasificación, los tramos de redclasificados como grados 3 y 4 requieren atencióninmediata mediante acciones de reparación puntualasí:Grado 3. Los defectos encontrados generan problemaspuntuales de tipo estructural u operacional. Se debentomar acciones correctivas o preventivas con el fin deminimizar la probabilidad de falla.Grado 4. Los defectos encontrados puntuales osectorizados son de gran importancia y comprometenel estado estructural u operacional del tramoinspeccionado.La problemática más seria se presenta sobre lostramos clasificados como grado 5, tramos de red quepresentan defectos de gran importancia en todo eltramo y que estructuralmente u operativamenterequieren de intervención inmediata, toda vez quese debe determinar de forma rápida la necesidady viabilidad técnica y operativa de reposición oreemplazo.El total de daños observados en las redes diagnosticadasde las cuencas La Picacha y La Hueso, y que sonutilizados para el presente trabajo, son los siguientes:Código Definición Cantidad PorcentajeIND Infiltracion tipo derrameING Infiltracion tipo goteoINF Infiltracion tipo filtroINP Infiltracion tipo presiónEX ExfiltraciónACH Acometida con huecoACP Acometida penetranteACCE Acometida sin caja de empalmeACV Acometida con varillaACDI Acometida daño internoFIL Fisura longitudinalFIC Fisura circularFIM Fisura múltipleFIE Fisura en espiralFRL Fractura longitudinalFRC Fractura circularFRM Fractura múltipleFRE Fractura en espiralRO RoturaHU HuecoTotal observaciones áerea de estudio6348185452829208401132910512617224828611225464363117,46%2,23%2,34%1,24%0,06%22,83%5,73%1,10%0,30%9,06%2,89%3,47%0,47%0,06%6,83%7,88%3,08%0,06%0,14%12,78%100,00%Tabla 2. Número de observaciones encontradascon el diagnóstico en el área de estudio.51

Dosier: saneamientoAgrupación de dañosPara el trabajo se agruparon los daños, y para elcaso especial del Grupo 1, correspondiente a unode los problemas más representativos en las redesde alcantarillado, por sus implicaciones merece unanálisis especial. Se trata de los daños en acometidas,ya sea por errores en la construcción, por problemasde deterioro debido a su uso o por representar unproblema para el funcionamiento normal de la red.Tabla 3. Códigos y definición del grupo de daños enacometidas.Este grupo presenta un total de 1.417 daños,correspondientes al 39.03% del total de los daños delestudio (3.631), y dentro del mismo las acometidas conhueco resultan especialmente representativas, con untotal de 829 daños que significan el 58.50% del grupo.De esta manera, el 39.03% de los 3.631 daños que seencontraron en los tramos de red diagnosticadoscon CCTV, corresponden a daños ubicados en lasacometidas y generalmente en su empalme a la red.Este tipo de daños puede ser reparado con diferentestécnicas, acompañadas generalmente de procesosrobóticos como las ya expuestas anteriormente.Reclasificación de los tramos de redde acuerdo con las intervencionessobre el Grupo 1Una vez se hicieron las intervenciones para reparar losdaños encontrados en las redes del área de estudioy que fueron reunidas en el Grupo 1, se procedióa realizar una reclasificación de los tramos de redcon el fin de hacer un paralelo entre la forma comofueron clasificados los tramos originalmente con lametodología para el diagnóstico de redes (estadoreal), y la forma como quedarían los tramos de redclasificados a partir la realización teórica de lasreparaciones con tecnologías de rehabilitación sinzanja.52

En el análisis se utiliza la metodología para eldiagnóstico de redes de propiedad de EPM, con susindicadores y fórmulas. Por su parte, la reclasificaciónse realiza llevando a tablas en Excel toda la informaciónrequerida y extraída del área de estudio, utilizando losmismos indicadores y la fórmula de la metodologíade clasificación. Los resultados obtenidos fueron lossiguientes:GradoTramos originalesde la muestra1 737ReclasificaciónGrupo 18292345Total776818514091701791621269 1269Tabla 4. Reclasificación de los tramos de red de acuerdo conlas reparaciones del Grupo 1 (acometidas).Número de tramos9008007006005004003002001000Reclasificación para Grupo 11 2 3 4 5Grado del tramoTramos originales de la muestraReclasificación Grupo 1Figura 6. Reclasificación de los tramos de red de acuerdo conlas reparaciones del Grupo 1 (acometidas).53

Dosier: saneamientoDe acuerdo con los resultados obtenidos en lareclasificación, al realizar las reparaciones del Grupo 1,se puede observar que:Para el conjunto de tramos de grado 1 se presentaun incremento de 92 tramos, un 12.48%, al pasarde 737 tramos en la muestra original a 829 en lareclasificación, lo que representa un muy buenresultado, ante todo cuando se evidencia que en losdemás grados el número de tramos disminuye.Para el conjunto de tramos de grado 2 se presenta unadisminución de 9 tramos, un 11.69% menos, al pasarde 77 en la muestra original a 68 en la reclasificación,lo que representa un buen resultado en tramos quepasan a ser de grado 1.Para el conjunto de tramos de grado 3 se presentauna disminución de 45 tramos, un 24.32% menos,al pasar de 185 en la muestra original a 140 enla reclasificación, representando un excelenteresultado pues los tramos pasan a ser grado 2 y en sumayoría grado 1.Para el conjunto de tramos de grado 4 se presenta unadisminución de 21 tramos, un 23.08% menos, al pasarde 91 en la muestra original a 70 en la reclasificación,lo que representa igualmente un muy buen resultadoporcentual si se tiene en cuenta la criticidad del grado 4.El grado 5 es aquel en el que menos tramos se esperaque asciendan en la reclasificación, por tratarse detramos que están a punto de colapsar y que requierenatención inmediata; sin embargo, se observa cómose presenta una disminución de 17 tramos, un 9.50%menos, al pasar de 179 en la muestra original a 162 enla reclasificación, siendo esto un muy buen resultado.Grado Tramos originalesde la muestraReclasificaciónGrupo 1Diferencia %1 737829 92 12,48%27768-9-11,69%3185140-45-24,32%49170-21-29,08%5179162-17-9,50%Total1269 1269Tabla 5. Análisis de la reclasificación de los tramos de red deacuerdo con las reparaciones del Grupo 1 (acometidas).54

Dosier: saneamientoSe evidencia en este caso que la problemática másimportante de las redes, de acuerdo con el diagnósticocon CCTV, corresponde al grupo de los daños deacometidas, y la importancia que tiene la reparaciónde este tipo de elementos para el beneficio directo delsistema en general.Para los demás grupos de la muestra se realiza untrabajo similar al expuesto para el Grupo 1.6. Conclusiones y recomendacionesLa inspección de redes de alcantarillado con equiposde CCTV es la principal herramienta con la que secuenta para determinar del estado de las redes dealcantarillado, así como para la evaluación de losresultados obtenidos en los procesos de rehabilitación,cualquiera sea la tecnología utilizada.Los resultados de un diagnóstico con CCTV permitendeterminar las medidas prioritarias que debenser tomadas para garantizar la operatividad yfuncionamiento adecuado del sistema, así comoretardar el deterioro progresivo de la red y evitarsu posterior colapso. Sin embargo, es necesarioidentificar de forma precisa cada uno de los daños quese presentan en la red, sus causas, sus consecuenciasy su evolución en el tiempo, de tal forma que facilitenel pronóstico, lo más acertado posible, de cómo lared se está envejeciendo y, de este modo, planeareficientemente no solo la rehabilitación del sistemasino el estudio del tipo de tecnología a emplear y lasprevisiones económicas para tal fin.En este último caso, gana importancia el temade la visualización geográfica que demuestra serprimordial al sectorizar zonas de la ciudad paraimplementar programas de reparación, recorridos demantenimiento con equipos y vehículos combinadosde presión-succión, ternas para desobstruccionese investigaciones con geófonos para el caso de lasinfiltraciones, entre otros.Si bien la problemática más importante de las redes, deacuerdo con el diagnóstico con CCTV, corresponde algrupo de los daños acometidas, las reparaciones sobrelas mismas muchas veces evidencia daños hacia elinterior, con lo cual se genera una serie de dificultadesfrente a la comunidad, especialmente en lo que hacereferencia al trabajo sobre propiedad privada, dandolugar a la creación de expectativas en el usuario,inquietudes frente al costo de las obras, el pago y lafinanciación de las mismas, y también la property,homeowner expectations, risk management, fundingsources and options, and theresponsabilidad porparte de los usuarios de asumir dichos costos que, pordesconocimiento legal, difícilmente desea entender.En la reparación de cualquier tipo de daño presente en lared se debe tener la suficiente claridad en el sentido de quese hayan explorado los diferentes métodos de reparación yrealizado una investigación adecuada sobre las causas quelo generaron, las consecuencias del mismo y los beneficiostanto económicos como sociales que representa el utilizarcualquier tipo de tecnología sin zanja con relación almétodo tradicional a cielo abierto.Se debe garantizar la actualización permanente delos equipos y el software que son utilizados para eldiagnóstico de redes y asegurarse de que el personalencargado de los diferentes procesos cuente con ladebida experiencia, capacitación y actualización continuaa través de asistencias a congresos, modelos de autocapacitación,visitas a diferentes empresas y obras y elaprovechamiento de las opciones que ofrecen entidadescomo el Instituto Colombiano de Tecnologías deInfraestructura Subterránea, ICTIS.Establecer programas pilotos de reparación yrehabilitación de redes sin zanja, basados en losresultados de las metodologías de CCTV, permitiráevaluar la capacidad del personal y de las empresas, asícomo analizar las condiciones técnicas, económicas ysociales en las que estas obras son desarrolladas frentea los métodos tradicionales a cielo abierto.El tema del documento se plantea como un inicioo aporte con miras a una serie de investigacionesenfocadas en el tema de la rehabilitación de redes dealcantarillado utilizando tecnologías sin zanja, quepermitan contribuir al afianzamiento de los conceptos yexperiencias adquiridas y que despierte la curiosidad deotras personas hacia este tema.56

BibliografíaMetodología para el diagnóstico y evaluacion deredes de alcantarillado con CCTV. Empresas Públicasde Medellin E.S.P. Medellín, junio de 2008Method selection for trenchless technology in southamerica. In partial fulfillment of the requirementsof CVEN 555 Louisiana Tech University. Juan CarlosGutiérrez. August 11, 2006Determinación del estado de redes de alcantarillado,teniendo en cuenta inspecciones con circuito cerradode television (CCTV). Juan Manuel Escallón Arango.Universidad de Los Andes. Bogotá, junio 2005.Desarrollo de una metodología para determinarcuándo rehabilitar redes de alcantarillado. NormaLucía Rodriguez Espinosa. Universidad de Los Andes.Bogotá, enero 2006.Criterios de selección de alternativas de rehabilitaciónde alcantarillados en Colombia. Julio Carlos de OroVergara. Universidad de Los Andes. Bogotá, julio2008.International Society for trenchless technology.Condition Assessment and rehabilitation Planning.Trenchless Technologies Resource Center. Disponibleen http://www.istt.com/Stein, Dietrich and Stein, Robert. Rehabilitationand Maintenance of Drains and Sewers. www.unitracc.comStein, Dietrich and Stein, Robert. Rehabilitation Costsand Economic Efficiency. www.unitracc.comNajafi, Mohammad; Sanjiv, Gokhale. TrenchlessTechnology. Pipeline and utility design,construction and renewal. Universidad de Texas,Arlington, United Estates.57

Dosier: saneamientoRevisión crítica del diseño delas cámaras de inspecciónutilizando el criterio de"empalme de líneasde energía"Jorge Humberto Naranjo CardonaUnidad Gestión Humana yOrganizacional Aguas, EPMjorge.naranjo.cardona@epm.com.coPalabras claveCámaras de inspección, líneas de energía, empalmesde líneas de energía, pérdidas de energía, energíaespecífica, pérdidas por fricción, número de Froude,régimen de flujo crítico, régimen de flujo subcrítico,régimen de flujo supercrítico, flujos gradualmentevariados, ecuación de Darcy-Weisbach, ecuación deColebrook White.58

ResumenLos más modernos avances en la gestión de lasredes de alcantarillado se basan en la superación delparadigma con el que se desarrollaron: la evacuaciónmás rápida posible del agua urbana hacia mecanismosque permitan recuperar o simular las condiciones delterreno sin urbanizar, ya sea mediante el aumentode la infiltración del terreno o con la optimización delcomportamiento hidráulico de las redes y sus obrasaccesorias, entre ellas las cámaras de inspección.Por ser elementos esenciales en los alcantarilladossostenibles, la concepción moderna en lafabricación de estas cámaras permite mejorar elcomportamiento hidráulico del sistema, toda vezque brinda características adicionales a las usadasactualmente como, por ejemplo, facilidad deinstalación, eficiencia hidráulica, hermeticidad yresistencia estructural y química.Una de las características de mayor estudio yrelevancia es la rugosidad interna de las tuberías yde los accesorios que generan pérdidas de energía,como es el caso de estas cámaras. De esta manera, lafabricación de estos elementos con superficie interiortotalmente lisa (plástica) busca aumentar la capacidadhidráulica, sobre todo en alcantarillados pluvialesen los cuales hay posibilidad de presurización de latubería. Al reducir la rugosidad interna, la fuerza defricción es menor y el gradiente de energía disminuyemuy poco, haciendo que la velocidad del flujo seacercana a la ideal (sin fricción).Como consecuencia del aumento de la capacidadhidráulica, tanto en la tubería como en lascámaras, se podrían utilizar tuberías con menoresdiámetros durante el diseño y conseguir empatesde líneas de energía en las cámaras sin generarresaltos o caídas que redunden en pérdidas deenergía y estancamientos.A través de una revisión crítica del diseño de lascámaras de inspección y utilizando el criterio deempate de líneas de energía y las ecuacionesde “Darcy-Weisbach” y “Colebrook White”, estapropuesta permite generar una iniciativa parala optimización del diseño del alcantarillado yconseguir diseños más acertados con la realidadencontrada en el terreno. la metodología para eldiagnóstico de redes de alcantarillado, mediantela utilización de cámaras con circuito cerradode televisión (CCTV) y cuenta con un sistemageorreferenciado de sus redes, con lo cual se abrióel horizonte para emplear la implementaciónde técnicas de rehabilitación de redes mediantetecnologías sin zanjas.En el presente documento se analizan estas tresactividades: diagnóstico de redes con CCTV,sistemas de información geográfico (SIG) ynuevas tecnologías de rehabilitación sin zanja,planteando la posibilidad de su integración y,de este modo, abrir la gama de posibilidadespara una actividad que genera un gran impactoambiental y social, con una invitación a todos losprofesionales e interesados en el tema para quesigan innovando e investigando.59

Dosier: saneamiento1. AntecedentesEn 1990, EPM actualizó el manual de normas de diseñode acueducto, alcantarillado y vertimientos de aguasindustriales, con el propósito de constituirlo en unaherramienta para la optimización de los diseños y obrasaccesorias y lograr la comprensión de los aspectostécnicos involucrados en estos temas, con lo cual seconstituía, además, en una respuesta a la exigenciastecnológicas de ese momento.Por la información disponible y las herramientasexistentes en esa época, estas normas plantearon eldiseño de alcantarillado con flujo uniforme y sin pérdidasen las cámaras de inspección. La única consideración quese tuvo en cuenta para las cámaras fue determinar unatabla para establecer una diferencia de alturas entre lastuberías de entrada y salida, sin ninguna demostraciónfísica de estos valores.Hoy, aunque existe una amplia gama de herramientas yprogramas especializados en el análisis de redes de drenajey sus obras accesorias, no se ha considerado relevante elestudio de las pérdidas de energía que presenta el flujodel agua al ingresar y salir de las cámaras de inspección,y así mismo las generadas cuando se presenta cambiode diámetro, dirección, pendiente, material y longitud delas tuberías, concibiendo diseños alejados de la realidady que pueden tener como consecuencia final aumentarla probabilidad de riesgos de inundación y generarproblemas a la comunidad.Adicionalmente, la impermeabilización del suelo rural,como resultado del proceso urbanizador de las ciudades,hace que se reduzca el tiempo de concentración de laslluvias en las cuencas y un aumento del caudal de puntay del volumen total de escorrentía que ha de transportarla red de alcantarillado, siendo necesario entonces eldesarrollo de sistemas de drenajes eficientes y efectivos.La concepción de los sistemas de alcantarillado havenido cambiando hacia una visión integral y activadentro de los fenómenos estructurales, hidráulicos y decalidad del agua. Los rebosamientos y las consecuentesinundaciones, las grietas, roturas e infiltraciones, entreotros, son problemas típicos de una red de alcantarilladoque están siendo atendidos con tecnologías de inspeccióny monitoreo, importantes para facilitar el manejo integralde sus componentes como un todo, desde la cuencaurbana hasta el receptor final en términos estructurales,hidráulicos y ambientales.En la actualidad el sistema de alcantarillado de Medellínestá construido casi en un 99% con cámaras de inspecciónde concreto, pero en el mercado están ofreciendo otrasopciones como las cámaras plásticas, las cuales puedentener ventajas considerables frente a las de concreto entérminos de conservación de la energía.60Cámaras de inspección de concreto, PVC, polietileno de alta densidad ypolipropileno, respectivamente.

2. Elementos de un sistema dealcantarilladoLos elementos que integran un sistema dealcantarillado convencional se pueden dividir en lassiguientes categorías:Componentes de captación: corresponden atodos los elementos responsables de capturarágilmente el agua lluvia generada en un evento deprecipitación, o el agua residual generada en losprocesos domésticos, industriales y comerciales.En el presente trabajo se hace énfasis en elfuncionamiento de los componentes de inspección,especialmente las cámaras de inspección según elmétodo de empalme de líneas de energía para régimende flujo subcrítico y supercrítico.Componentes de regulación precolectores: una vezcaptada el agua, debe evaluarse el efecto que tendráeste vertimiento hacia aguas abajo del sistema, entérminos de cantidad y calidad.Componentes de conducción: son las tuberías einterceptores que transportan el agua hacia lasplantas de tratamiento o receptores finales.Componentes de inspección: necesarios parala inspección y limpieza de las tuberías, asícomo también para los cambios de niveles yde dirección. Convencionalmente, el tamañode las cámaras actuales está condicionado alas dimensiones ergonómicas de la personaque realiza la inspección; sin embargo, con lautilización de robots motorizados y dotados concámaras de video y sistemas de limpieza, estasserán de dimensiones similares a las tuberías, solocon el espacio suficiente para permitir el ingresode un equipo robotizado que realice la operaciónde mantenimiento.Diseño de una red de alcantarillado con suscámaras de inspección y su acometida.Componentes de regulación: se refieren alos elementos que regulan los caudales picosante eventos extremos de precipitación enalcantarillados combinados. Uno de estoscomponentes son los alivios combinados ytanques de almacenamiento.Componentes de tratamiento: convencionalmente,el principal componente de tratamiento loconstituye la planta de tratamiento de agua residual,localizada al final de la red de alcantarillado. Esta esuna concepción que poco a poco cambiará hacia unsistema de tratamiento integral, en donde la red dealcantarillado y los interceptores jugarán un papelimportante en el tratamiento del agua residual quellegará a la planta.Componentes de recepción: los cuerpos naturalesque reciben finalmente el agua residual provenientede los núcleos urbanos, tienen un grado de capacidadde dilución de la materia orgánica.61

Dosier: saneamiento2.1 Criterios de diseño de cámaras deinspecciónLa transición hidráulica entre tramos consecutivos dealcantarillado debe analizarse cuidadosamente, enespecial cuando los regímenes de flujo cambian en launión de tuberías o existen deflexiones pronunciadasen el alineamiento de los mismos.El flujo llega a la cámara de inspección con unascondiciones de profundidad y velocidad diferentes alas del tramo de salida, y con el fin de evitar perfilesacelerados de flujo (flujo gradualmente variado) sediseñan resaltos hidráulicos o caídas para mantener lahipótesis de flujo uniforme en el diseño de las tuberías.Con base en el régimen de flujo presente en laentrada y en la salida de la cámara se define el tipode empalme que debe hacerse entre los dos tramos.Cuando existe la presencia de dos o más tramos dellegada, es necesario establecer aquel que se comportacomo el hidráulicamente dominante en el diseñode la estructura, teniendo en cuenta algunos de lossiguientes tres criterios:De vital importancia es el diseño de la cañuela o piso dela estructura. Esta es una plataforma en la cual se hacencanales que prolongan los conductos y encauzan sus flujospermitiendo el escurrimiento del flujo en la dirección aguasabajo. Aquí pueden proyectarse las transiciones entre elcolector principal afluente y el colector de salida, de talforma que las pérdidas de energía se minimicen, se evitela turbulencia y la retención de material en suspensión,teniendo en cuenta consideraciones de deflexión de flujo ylos radios de curvatura.Esto es importante, en particular en aquellos casos enque las condiciones específicas ameriten reducir estaspérdidas. Para evitar la formación de remansos, el fondode la cámara de inspección deberá tener una pendientesimilar a la mayor de los conductos que llegan a ella.Conducto de entrada con menor ángulo de deflexión:el conducto dominante será aquel que tenga menorángulo de deflexión con respecto al conductode salida; no obstante, la diferencia de caudaltransportado entre conductos de entrada debe sermínima.Conducto de entrada con mayor altura o cabeza develocidad: el conducto dominante será aquel quepresente mayor altura de velocidad.Conducto con mayor valor resultante al multiplicarel caudal por la velocidad: el conducto dominanteserá aquel que obtenga el mayor valor delproducto resultante entre el caudal que transportey la velocidad de flujo.Cámara de inspección con vista exterior e interior.62

2.2 Pérdidas de energíaLa unión o intersección de dos o más tuberías debe hacersecon estructuras hidráulicas apropiadas cuyo diseñohidráulico se basa en la determinación de las pérdidas dealtura en la estructura, con el fin de estimar la cota bateade la tubería de salida. El análisis es diferente dependiendodel régimen de flujo, tanto en las tuberías de entradacomo en las de la salida.Figura 1: Esquema de pérdidas deenergía por fricción.La pérdida de energía experimentada por el flujode agua en las estructura de inspección, se debe a lasuperposición de varios fenómenos allí presentescomo los cambios de dirección que experimenta elflujo, las contracciones y expansiones que se llevana cabo en la estructura, la confluencia de chorros y elefecto de la cañuela de direccionamiento de flujo.“El grado de relevancia de cada uno de los fenómenosque intervienen en el proceso de pérdida de energía alinterior de la estructura, depende del tipo de régimen bajoel cual operen las tuberías conectadas a la estructura. Deacuerdo con lo anterior, la manera de aproximarse a laestimación de las pérdidas de energía en las cámarasde conexión o inspección es diferente dependiendo si elrégimen de flujo es subcrítico o supercrítico”. (Tomadode “Normas de diseño de sistemas de alcantarillado deEPM”).63

Dosier: saneamiento3. Formulación matemáticaPara el dimensionamiento hidráulico de un tramo detubería o alcantarilla es necesario conocer el caudalde diseño, dimensionar el conducto para ese caudal,comprobar que las velocidades que circulan por elmismo son las adecuadas y que la línea de energía nosufra cambios bruscos ni supere la cota del terreno.Así mismo se deben incluir las pérdidas menores enlas cámaras de inspección y de caída utilizando lasecuaciones de flujo uniforme para verificar sobrecargasy la formación de resaltos hidráulicos.3.1 Diseño de tuberías tramo a tramoUtilizando las ecuaciones de Darcy-Weisbach yColebrook White se determina la capacidad de unatubería trabajando parcialmente llena y el caudal quepasa por ella bajo condición de flujo uniforme comofunción de la rugosidad absoluta de la tubería, elradio hidráulico de la sección transversal, la pendientelongitudinal y la viscosidad cinemática del agua.La siguiente ecuación permite calcular el diámetromínimo necesario para alcanzar una capacidad dedescarga igual o mayor que el caudal de diseñodefinido, cumpliendo con el criterio de profundidadmáxima.⎛ kQ = −2A 8gRS 0log s1014.8R + 2.51υ ⎞⎝⎜ 4R 8gRS 0 ⎠⎟(Ec.1)Donde:Q = Caudal del flujo (m 3 /s).k s = Rugosidad absoluta de la tubería (m).R = Radio hidráulico (m).A = Área mojada transversal (m 2 ).S 0 = Pendiente longitudinal del tramo (m/m).v= Viscosidad cinemática (m 2 /s)3.2 Diseño de cámaras de inspección bajorégimen subcríticoEste mecanismo se fundamenta en el criterio deconservación de energía, el cual considera que cuandodos o más tramos de tubería concurren a una cámara deinspección, la cota de energía de la tubería de salida serámenor o igual que la de las tuberías afluentes, con el fin deevitar remansos que alteren el funcionamiento óptimo delsistema de alcantarillado.La pérdida de energía, ocurrida en la tubería principal, porefecto de la unión con otras tuberías, o por cambio en sudirección, cuando opera a flujo subcrítico, se determinarácon las siguientes ecuaciones:Donde:E 1= y 1+ v 212gE 1= E 2+ ΔH eH p= E 2− E 1+ ΔH eΔH e= ΔH d+ ΔH t= h m∧ E 2= y 2+ v 222g(Ec.2)(Ec.3)(Ec.4)(Ec.5)E1 = Energía específica en la tubería de entrada (m).E2 = Energía específica en la tubería de salida (m).Y1 = Profundidad de flujo en la tubería de entrada (m).Y2 = Profundidad de flujo en la tubería de salida (m).V1 = Velocidad en la tubería de entrada (m/s).V2 = Velocidad en la tubería de salida (m/s).∆He = hm, Pérdidas de energía producidas por el empalmede las tuberías en la cámara de inspección (m)Hp = Caída de fondo en la cámara de inspección (m).∆Hd = Pérdida de energía por el cambio de dirección.∆Ht = Pérdida de energía por la unión o transición.64

Figura 2: Criterio de empalme de línea de energía en cámara deinspección con diámetro de tubería de salida igual al de entrada.3.3 Diseño de cámaras de inspección bajorégimen supercríticoEl concepto de empalme por línea de energía para estimarlas pérdidas en la unión de las tuberías que entran y salende las cámaras de inspección con régimen subcrítico,no es aplicable con la misma metodología al régimensupercrítico. En este se tienen velocidades mayores, lo cualimplica trabajar con energía cinética mayor, lo cual podríaocasionar la salida tangencial del agua de la cañuela bajoestas condiciones.Acorde con lo anterior se presentan dos alternativas parala unión de las tuberías en la cámara de inspección bajo elcriterio de empalme por líneas de energía:Unión de tuberías en la cámara de inspección sin caída.Unión de tuberías en la cámara de inspección con caída.HwFigura 3: Empalme por línea de energía en cámarascon caída y entrada sumergida.65

Dosier: saneamientoFigura 4: Empalme por línea de energía encámaras con caída y entrada no sumergida.3.4 Métodos para el cálculo de las pérdidasde energía en las cámaras de inspección.Método 1.Este método considera de manera explícita lascaracterísticas geométricas de la cámara de inspección ylas pérdidas debidas a la unión de las tuberías, donde:∆He = Pérdidas de energía por cambio de dirección,∆Ht: Pérdidas de energía por la unión de las tuberías en latransición.ΔH t= K v 222g − v 212gDonde:K = 0.1 para un aumento de la velocidad.K = 0.2 para una disminución de la velocidad.(Ec.6)Método estándar.Este método incluye de manera implícita, a través delcoeficiente de pérdidas menores km, las característicasgeométricas de la cámara y las condiciones hidráulicas dela misma en el cálculo de las pérdidas menores de energía.La pérdida de altura en la cámara de inspección (hm) secalcula multiplicando el coeficiente de pérdidas menores(km), el cual se toma de valores estandarizados de unatabla ,por la cabeza o altura de velocidad de la tubería desalida de la cámara, tal como lo establece su ecuación:66

2⎛ Vh m= K 2⎞m ⎜2g⎟⎝ ⎠(Ec.7)Donde:hm = Pérdidas menores en la cámara de inspección (m).Km = Coeficiente de pérdidas menores.V2 = Velocidad en el conducto de salida (m/s).Δ = Ángulo deflexión entre el tramo de entrada y de salidade la cámara (°).Método AASHTO.En este método se tienen en cuenta las características delos flujos entrantes y salientes a la cámara de inspección.Para su adecuada aplicación se debe tener presente:Que ingresen más de dos tuberías a la cámara.Que la tuberías presenten flujo subcríticoQue el diámetro de la tubería de salida sea mayor que elde la entrada.El cálculo de la pérdida de altura en la cámara se realizacon las ecuaciones:h 0= 0.25 V 2⎛ ⎞2⎜⎝ 2g⎟⎠h = 0.35 V 2⎛ ⎞11 ⎜⎝ 2g⎟⎠h = K V 2⎛ ⎞1b ⎜⎝ 2g⎟⎠⎡H m= h + h + h 0.25 V 2⎛ ⎞2⎜( 0 1 b ) ⎝ 2g⎟⎠+ 0.35 V 22⎛ ⎞1⎜⎝ 2g⎟⎠+ k ⎛ V 1⎞ ⎤⎢d ⎜⎝ 2g⎟ ⎥⎠=⎣⎢⎦⎥22(Ec8)(Ec9)Donde:Hm = Pérdida de altura en la cámara de inspección (m).h0 = Pérdida de altura por contracción (m).hl = Pérdida de altura por expansión (m).hb = Pérdida de altura por cambio de dirección (m).Kd = Coeficiente de pérdidas por cambio de dirección.V1 = Velocidad en la tubería.V2 = Velocidad en la tubería de salida (m/s).g = Aceleración de la gravedad (m/s2).Donde:hm = Pérdida de altura en la cámara de inspección (m).Kt = Coeficiente de pérdidas menores ajustado.V0 = Velocidad en la tubería de salida.K0 = Coeficiente de pérdidas inicial.CD = Factor de corrección por diámetros de las tuberías.Cd = Factor de corrección por profundidad de flujo.CQ = Factor de corrección por flujo relativo.Cp = Factor de corrección por flujo en caída libre.CB = Factor de corrección por uso de cañuela.4. Ejercicio práctico de aplicacióndel método de empalme de línea deenergía en una cámara de inspecciónen régimen de flujo subcrítico ysupercríticoAplicando una hoja de cálculo electrónica de MicrosoftOffice Excel y utilizando datos hipotéticos de trescámaras de inspección, se desarrollaron cada unade las ecuaciones aplicables a los tres métodos enrégimen de flujo subcrítico y supercrítico.Utilizando las ecuaciones de Darcy-Weisbach yColebrook White se determinó la capacidad de unatubería trabajando parcialmente llena y el caudal quepasa por ella bajo condición de flujo uniforme, comofunción de la rugosidad absoluta de la tubería.En total se realizaron 13 casos, en ellos se procedió de lasiguiente manera:1. Se seleccionó una cámara de inspección hipotética yen ella se variaron las características en estudio.2.Se definieron los datos de entrada para las tuberíasafluente y efluente.Método HEC22:En este método se calculan las pérdidas de energía en lacámara de inspección multiplicando la cabeza o alturade velocidad de la tubería de salida por el coeficiente depérdidas menores; este a su vez involucra variables propiasde la red y de la cámara. El modelo está compuesto por lasiguiente formulación matemática:2⎛ Vh m= k 2⎞t ⎜⎝ 2g⎟⎠k t= k 0*C D*C d*C Q*C P*C B*C otro(Ec.10)(Ec.11)67

Dosier: saneamiento5. Conclusiones3. Con los diámetros seleccionados para las tuberías deentrada y salida a la cámara se aplicaron las ecuacionesde Darcy-Weisbach y Colebrook White para el cálculode la capacidad de la tubería trabajando parcialmentellena y en condición de flujo uniforme.4. Se verificó el cumplimiento de la condición derégimen de flujo subcrítico y supercrítico en lastuberías de entrada y salida a la cámara y demáspropiedades geométricas.5. Se seleccionaron los datos para el cálculo delempalme por línea de energía.6. Se realizaron los cálculos aplicando las ecuacionesdefinidas para cada uno de los métodos y se halló:El diámetro de la cámara.La energía específica en la tubería de entrada y salida.El coeficiente de pérdidas menores Km para loscuatro métodos.El coeficiente de pérdidas menores Kd.El coeficiente de pérdidas menores ajustado Kt.Las pérdidas menores para los cuatro métodos.La caída de fondo para los cuatro métodos.La caída de fondo para los tres métodos.La relación rc/Ds.Las pérdidas de energía por cambio de dirección ∆Hd.Las pérdidas de energía por la unión o transición enla cámara ∆Ht.La pérdida generada por empalme de las tuberías encámara de inspección ∆He.La caída en el fondo de la cámara de inspección HP.5.1 Con base en los resultados se puede concluirque, aplicando los cuatro métodos, las pérdidas deenergía y la caída de fondo que se debe colocar a cadauna de las cámaras de inspección son similares; noobstante, el método que ofrece menor complejidaden su desarrollo y arroja valores aproximados a larealidad es el estándar.5.2 El cálculo de la caída de fondo aplicando elmétodo HEC22 da un valor negativo al cambiar losángulos de deflexión de las tuberías entrantes y lasaliente; sin embargo, a este resultado se debenigualar las cotas de batea e impedir para su diseñoelevar la cota de salida.5.3 Las pérdidas de energía por cambio de direcciónson mayores a las generadas por la unión o transiciónmisma al interior de la cámara, situación esta quepermite advertir los cambios de dirección como unelemento relevante a tener presente en el método deempalme por línea de energía y en su cálculo final delas caída de fondo o altura que requiere la cámara.5.4 La cañuela al interior de una cámara de inspeccióndebe considerar que en el empalme de la línea deenergía, cuando se tiene régimen de flujo supercrítico,podría presentarse el desborde del agua a su interiorpor las altas velocidades que se generan en ellas. Pararemediar esta situación podría incrementarse el radiode curvatura generando con ello menor coeficiente depérdidas por cambio de dirección y por ende menoraltura de velocidad.5.5 A medida que el diámetro de la tubería de salidase incrementa, la entrada de agua debe hacerse demanera sumergida.5.6 En la unión de tuberías con diámetros entre 250 y900 mm., empleando el método de empalme por líneade energía, se generan pérdidas de energía y caídas defondo homogéneas para este intervalo de diámetros.5.7 A medida que el diámetro de la tubería de entraday salida a la cámara de inspección se incrementa,la máxima caída que debe colocarse en la cámaradisminuye.5.8 La unión de tuberías de alta pendiente en unacámara de inspección obedece a criterios hidráulicosy geométricos; no obstante, el comportamientodel flujo al interior de ella se aproxima al estado derápidamente variado lo que dificulta su modelación demanera experimental.68

5.9 Las cámaras de inspección son una partefundamental del diseño de alcantarillados; por lotanto, la información que arrojan los diferentesmétodos de cálculo de las pérdidas, en especial lasderivadas del radio de curvatura de la cañuela, sonde gran importancia para su dimensionamiento,disminuyendo con ello la probabilidad de ocurrenciade inundaciones generadas por un comportamientohidráulico inadecuado de estas estructuras.5.10 En la actualidad se han desarrollado diferentesmétodos para el cálculo de las pérdidas de energía enlas cámaras de inspección, la gran mayoría utilizandoel método de empalme de línea de energía que tienecomo fundamento el número de Froude para distinguiry clasificar el tipo de flujo presente en la estructura deconexión.5.11 Dado que en el medio colombiano predomina elflujo supercrítico por las altas pendientes del Valle deAburrá y por la falta de simetría de las construccionesde las redes de alcantarillado, es fundamental tener encuenta las condiciones topográficas del terreno parael diseño de la cañuela y su radio de curvatura quegenere alturas de velocidad bajas.5.12 El cálculo de las pérdidas de energía en las cámarasde inspección, basado en el método de empalme delflujo por línea de energía, es un concepto que con suformulación matemática permite una aproximación ala realidad, pero se queda corto, dada la complejidaddel comportamiento del flujo al interior de ellas,especialmente la formación de turbulencias nounidimensionales.5.13 Para la verificación de la eficacia de los diferentesmétodos de cálculo de pérdidas de energía en lascámaras de inspección es indispensable, además dela modelación matemática, las pruebas de laboratorioque incluyan análisis rigurosos, tanto cuantitativoscomo cualitativos del comportamiento real del flujobajo condiciones de régimen subcrítico y supercrítico.Recomendaciones1. Proponer que en EPM se realicen los diseños de lascámaras de conexión o inspección, considerando laspérdidas de energía locales o menores calculadas conlos métodos y ecuaciones expuestas en el presentetrabajo. De igual manera, cuando se contrate laejecución de este tipo estructuras, se le exija a loscontratistas el cumplimiento de esta especificacióntécnica.2. Proponer en las áreas técnicas de la Dirección de Aguasde EPM la realización de un estudio de investigaciónriguroso, con ensayos de laboratorio incluidos, sobre lasbondades de este tipo de diseño y confrontar los resultadoscon la información muestral de las cámaras de inspecciónactualmente construidas en el municipio de Medellín yestablecer la brecha entre los dos, para así poder tomarmedidas preventivas y de mejoramiento.BibliografíaHidráulica y pérdidas de energía de cámaras de quiebretipo bandeja con flujo supercrítico en sistemas dealcantarillado: metodología de diseño, Maldonado Lee,Marcela, 124 h.: il. Biblioteca General "Ramón de Zubiría"en Colección de Tesis.Estado del arte de las tecnologías de inspección desistemas de alcantarillado,Duarte Vargas, Cristina Paola, 79 h.: il. Biblioteca General"Ramón de Zubiría" en Colección de Tesis.Documento para la homologación de las cámaras deinspección en GRP (fabricadas por Flowtite Andercol S.A),en la empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá,según el procedimiento "Aceptación de nuevos productoso tecnologías", Norma NS-099, Camargo Fernández,Felipe. 431 h. Biblioteca General "Ramón de Zubiría" enColección de Tesis.Diseño de tapas para pozos y cámaras de inspección,Pabón Restrepo, Giovanni Andrés, 86 h.: il. ; 28 cm.Biblioteca General "Ramón de Zubiría" en Sala de Cienciase Ingeniería. Piso 2.Revista: Journal of Hydraulic Engineering, "ExperimentalStudy of Surcharged Flowat Combining Sewers Junctions",numero: 12 Páginas: Páginas: 1259 – 1271. America Societyof civil engineeres. Universidad de Medellin. 2006.Revista: Journal of Hydraulic Engineering, “Computacionaland Experimental and Study of Surcharged Flowat alt 90Grades Combining Sewer Juntions”, número: 6 páginas:páginas: 688 – 700. America Society of civil engineeres.Universidad de Medellin. 2008.Cartilla: “Guía para el diseño hidráulico de redes dealcantarillado”. Capitulo 6. Empresas Públicas de Medellín.2009.López Cualla, Ricardo: “Elementos de diseño para acueductosy alcantarilladlos”. Capitulo 14. Escuela Colombiana deIngeniería Julio Garavito. Bogotá. 2010.Cartilla: “Guía para el diseño de tecnologías dealcantarillado”. Capítulo 8. OPS/CEPIS/05.169 UNATSABAR,Lima 2005.69

Dosier: saneamientoAliviaderos en alcantarilladoscombinados en ciudadesde valles angostos conaltas pendientesMaribel Ramírez RíosÁrea Vinculación Clientes Aguas, EPMmaribel.ramirez@epm.com,coPalabras claveAliviaderos, diseño de aliviaderos, caudal noaliviado, alcantarillados combinados, diseño dealcantarillados.70

ResumenLos alcantarillados son sistemas utilizados para larecolección y transporte de las aguas residuales, de lasaguas lluvias o de ambas, hasta los sitios de disposiciónfinal, bien sea las plantas de tratamiento para el caso delas aguas residuales o cuerpos receptores para las aguaslluvias.Los alcantarillados combinados son sistemas quetransportan en una misma tubería, en forma simultánea,las aguas lluvias y residuales. En su diseño es necesarioconsiderar las estructuras de alivio, teniendo en cuentacriterios como el grado de dilución, las característicashidrológicas de la zona, los volúmenes esperadosde alivio, la capacidad de depuración del cuerpo deagua receptor de estos volúmenes, la funcionalidadhidráulica requerida y el efecto ambiental de las aguasde alivio.El Valle de Aburrá, caracterizado por ser angostocon altas pendientes y por tener una gran extensiónde redes combinadas de alcantarillado, es elescenario en el cual se evaluó el funcionamientode los aliviaderos operados por EPM, dando comoresultado que uno de los mayores problemas quepresentan y que llevan a su rediseño es el cambiobrusco en el tipo de flujo que registra el caudal,entre la entrada y el trayecto de recorrido por laestructura. Se concluye que los aliviaderos devertedero lateral o cañuela elevada son los quemás problemas presentan en la operación.Del análisis realizado se presentan unas opcionespara mejorar el funcionamiento de las estructurasen operación y para optimizar el diseño de losaliviaderos nuevos.Se define como aliviadero la estructura hidráulica quepermite que el caudal de aguas residuales en tiemposeco continúe por la red hasta la planta de tratamientoo lugar de disposición final, pero durante determinadoseventos de precipitación y escorrentía asociada debederivar o aliviar lo que les corresponda de aquellaporción en exceso a la capacidad de la red aguas abajo ola capacidad de la planta de tratamiento.1. Acerca del Valle de AburráCuenca natural del río Medellín, el Valle de Aburráes una subregión ubicada en la zona centro-sur deldepartamento de Antioquia, Colombia, en medio dela cordillera de Los Andes.El río Medellín lo atraviesa de sur a norte y a lo largode su recorrido recibe una serie de 53 afluentes,algunos de gran tamaño. Este valle tiene una longitudaproximada de 60 kilómetros, una amplitud variableentre 3 y 13 km, se ubica entre los 1.300 y 2.800 metrossobre el nivel del mar y está enmarcado por unatopografía pendiente e irregular.Se encuentra dividido por cuencas hidrográficas, lascuales corresponden al área de drenaje de la quebradaque lleva su nombre, incluyendo sus afluentes, talcomo se indica en la Figura 1. Distribución de cuencasen el Valle de Aburrá.De las 53 cuencas, las que tienen mayor longitud de redescombinadas con respecto al total son: Santa Elena, LaHueso, Doña María, La García, La Bermejala, Granizal y ElMolino, localizadas en las zonas centro y norte del Valle deAburrá. La zona sur también tiene redes combinadas, perosu longitud no es representativa.El Valle de Aburrá tiene consolidada una áreametropolitana en la que habita una población cercanaa los 3.12 millones, correspondiente a la conurbación dediez municipios en los cuales EPM presta los servicios deacueducto y alcantarillado. Esta área está conformadapor los municipios de Caldas, Envigado, Itagüí, LaEstrella, Medellín, Sabaneta, Bello, Copacabana,Girardota y Barbosa.71

.Dosier: saneamientoFigura 1. Distribución de cuencas en el Valle de Aburrá.72

2. Gestión de redes y aliviaderos enEPMLos aliviaderos que fueron objeto de este estudioson operados por EPM y se encuentran ubicados enel área urbana de los municipios que conforman elárea metropolitana del Valle de Aburrá. Como se dijoanteriormente, por la topografía del Valle presentancambios bruscos de pendiente, haciendo que en lastuberías de alcantarillado y en los aliviaderos ocurrancambios de régimen, entre flujos supercríticos y subcríticos,lo cual altera el buen el funcionamiento del sistema.De acuerdo con el proyecto denominado Gestion Aguas,“GESTA”, de EPM, para el año 2010 la longitud de redescombinadas en el Valle de Aburrá era de 1.641 metros,representando el 37,59% del total de redes de alcantarilladoen operación que es de 4.366 metros. Los alcantarilladoscombinados son sistemas que transportan por una mismatubería las aguas lluvias y las residuales.Topografía del Valle de AburrááGráfico 1. Distribución de redes por tipo de agua.73

Dosier: saneamientoEl Reglamento técnico para el sector de Agua potabley Saneamiento básico (RAS) define los aliviaderoscomo estructuras diseñadas en redes combinadascon el propósito de separar los caudales que excedenla capacidad del sistema y conducirlos a un sistemade drenaje de aguas lluvias. Los tipos de aliviaderosmás utilizados en el sistema de alcantarillado de EPMson: vertedero lateral o cañuela elevada, de orificio yvertedero transversal. El incremento en el númerototal de aliviaderos entre los años 2004 y 2010 fuedel 28,95%. Los de tipo vertedero transversal tuvieronun incremento notable dentro de este porcentaje.El mayor número en operación son del tipo cañuelaelevada y predominan en las cuencas La Hueso, DoñaMaría y Santa Elena.Tabla 1. Distribución de tipos de aliviaderos.Básicamente, la construcción de aliviaderos ensistemas de alcantarillados combinados tiene porobjeto disminuir los costos de transporte de los flujoshasta el sitio de disposición final o de tratamiento delas aguas residuales. En algunos casos, están provistosde un tanque de almacenamiento a continuación delalivio, con el propósito de almacenar los contaminantesprovenientes del primer lavado de la época de lluvias,el cual puede arrastrar concentraciones mayores decontaminación.Los aliviaderos deben permitir que el caudal deaguas residuales en tiempo seco continúe por la redhasta la planta de tratamiento o lugar de disposiciónfinal, pero durante determinados eventos deprecipitación y escorrentía asociada deben derivaro aliviar lo que les corresponda de aquella porciónen exceso a la capacidad de la red aguas abajo o lacapacidad de la planta de tratamiento.La localización de las estructuras de alivio debe estar enfunción de la configuración del terreno y de la posibilidadde derivar los caudales al cuerpo de agua receptor sincausar problemas de inundaciones de áreas aledañas.Estas estructuras usualmente están contenidas encámaras de inspección convencionales, de lo contrariopueden ir en estructuras especiales cuyo diseño debe estarplenamente justificado.La importancia o trascendencia de estas estructuras radicaen que de su buen funcionamiento depende el del restodel sistema, son componentes cruciales de las redes dealcantarillado. A tal punto llega su importancia, queen el año 2004 debían mantenerse los aliviaderos enbuen funcionamiento para poder dar cumplimiento ala política del Sistema de Gestión de la Calidad, SGC, dela Subgerencia de Aguas Residuales de EPM, en cuantoa la excelencia en la prestación integral de los serviciospúblicos domiciliarios.74

De esta manera, en EPM su funcionamiento yoperación es monitoreado periódicamente, por mediodel programa denominado “Mantenimiento Preventivode Aliviaderos”, MAPRA, que opera desde el año 2001.Además de realizar el mantenimiento, la función deeste programa,es verificar periódicamente cómo estáfuncionando cada una de las estructuras del sistema,para lo cual se establecieron las rutas de revisión. Elprograma clasifica automáticamente cada una delas estructuras en alguno de los siguientes grupos:excelente, bueno, criticado e investigado, de acuerdoal histórico acumulado del estado en que se encuentraen cada una de las revisiones.Los estados de funcionamiento en que puedeencontrarse un aliviadero en la revisión periódica,son: normal, cuando se encuentra trabajando enóptimas condiciones hidráulicas; obstruido, aquelque se encuentra taponado con basuras, pero que alhacerle limpieza queda funcionando en forma normal(también se toma como aliviadero obstruido si estárebosando por causa de un atasco en la red de residualesaguas abajo, pero que al hacerle limpieza quedafuncionando en forma normal); taponado, al que se le habloqueado la salida de aguas residuales intencionalmentepara evitar inundaciones o para la realización de trabajos;sedimentado, cuando en el aliviadero se encuentraacumulación de arenas y sedimentos que impiden elnormal funcionamiento del mismo; vertiendo cuandoen tiempo seco, sin lluvia y sin sedimentos, se presentarebose permanente de las aguas residuales por encima dela cañuela o por la salida de aguas lluvias dependiendo deltipo.Los aliviaderos clasificados como excelentes son aquellosque en los últimos doce meses han presentado unfuncionamiento normal igual al 100%, los buenos entreel 80% y el 99.9%, los criticados entre el 50% y el 79.9%y los investigados o en reparación son aquellos en loscuales el aliviadero presenta alguna de las siguientescondiciones: taponamiento temporal o permanente portrabajos de reparación, por ejecución de obras o por malfuncionamiento o problemas de inundación aguas abajo,sedimentación continua superior al 50% de las revisionesen los últimos doce meses o estructuras que permanecencomo “aliviadero criticado” por más de seis meses.Gráfico 2. Clasificación de aliviaderos .75

Dosier: saneamientoEn el año 2010 uno de los mayores problemas que sepresentaron en el funcionamiento de los aliviaderos y quellevó a su rediseño, fue el cambio brusco entre el tipo deflujo a la entrada del aliviadero y el trayecto por la cañuela,lo cual produjo obstrucciones, taponamiento en la red deaguas residuales, vertimiento de aguas residuales a lasfuentes de agua y sedimentación, según la combinaciónde los flujos.El 83% de los aliviaderos están clasificados como excelentesy buenos, concluyendo que están funcionando bien. Elresto, que representa el 17%, está clasificado en criticadose investigados.íEl vertedero transversal es el que menos reportes tiene enla clasificación de aliviaderos criticados y en reparacióno investigados. Los que más reportes presentan comocriticados e investigados son los de tipo cañuela elevada;y se observa que la obstrucción es el problema másfrecuente en este tipo de aliviadero.Las cuencas con mayor número de aliviaderos clasificadoscomo criticados son:Santa Elena, El Molino, La Hueso y La Bermejala, y los demayores números clasificados para investigación sonSanta Elena y La Bermejala. Todas estas cuencas estánubicadas en el municipio de Medellín.Santa Elena, El Molino, La Hueso y La Bermejala, y los demayores números clasificados para investigación sonSanta Elena y La Bermejala. Todas estas cuencas estánubicadas en el municipio de Medellín.Figura 2. Esquema de vertedero transversal.Si se hace un análisis por zonas, en la sur la mayoría delas redes son separadas, por lo tanto no hay muchosaliviaderos. A diferencia de esta, las zonas centro y norteson las que tienen mayor longitud de redes combinadasy, por ende, mayor número de aliviaderos. Las cuencas ElMolino y La Bermejala se encuentran ubicadas en la zonanorte y Santa Elena y La Hueso en la zona centro.76

óFigura 3. Distribución de zonas en el Valle de Aburrá.3. Pautas para optimizar el diseño dealiviaderosDentro de las alternativas estudiadas para mejorar elfuncionamiento de los aliviaderos existentes y para ajustarlos parámetros de diseño de aliviaderos nuevos, están:3.1 Parámetros del RASEste reglamento señala los requisitos que deben cumplirlas obras que se utilicen en la prestación de los serviciospúblicos domiciliarios de acueducto, alcantarillado yaseo y sus actividades complementarias en el territoriocolombiano. Establece que para el dimensionamientode los aliviaderos se deben tener en cuenta aspectoscomo caudal de alivio, frecuencia de alivios, volúmenesesperados de alivio, capacidad del curso o cuerpo deagua receptor para asimilar las cargas contaminantesy volúmenes de agua de alivio, costos económicos desistemas combinados y comportamiento hidráulico,entre otros.77

Dosier: saneamiento3.2 Normas para redes de saneamientodel canal de Isabel II, versión 2006.Estas normas constituyen el referente técnicopreceptivo para el diseño y construcción deinfraestructuras hidráulicas en el ámbito de laComunidad de Madrid, España.Para el diseño de aliviaderos proponen varioselementos a tener en cuenta en los diseños dealiviaderos tales como: el caudal combinado de entradaen función del caudal de aguas residuales, la poblaciónexistente y proyectada en el sector de influencia,coeficientes de dilución, tanques de almacenamientoy su mantenimiento y los elementos limitadores decaudal (compuerta o válvula) que regulen (incluso ensu totalidad) el paso del caudal hacia la red de aguasresiduales situada aguas abajo.3.3 Normas de diseño de sistemas dealcantarillado de EPMPresentan mejoras para tener en cuenta en los diseñosde nuevos aliviaderos de vertederos laterales ocañuela elevada y vertederos transversales; literaturade aliviaderos de vórtice, del cual no se tiene en laactualidad ninguno en operación en el Valle de Aburrá,y tanques de almacenamiento temporal.4. ConclusionesPara el diseño de aliviaderos es necesario establecer lascaracterísticas hidrológicas de la localidad, en particularde los posibles cursos de agua receptores de losvolúmenes de alivio.Las características de los eventos de precipitaciónque puedan generar alivio de los colectores deben seranalizadas, al igual que la distribución temporal de laescorrentía en los lugares de alivio, para cuantificar losvolúmenes de agua y cargas contaminantes derivados.Por otra parte, las características hidráulicas, hidrológicasy de calidad de agua del curso de agua receptor debenser determinadas con el fin de establecer su capacidadde recepción de los volúmenes aliviados. La legislación ynormatividad vigentes sobre vertimientos a cuerpos deagua receptores requieren ser compiladas y estudiadascuidadosamente. Además, la capacidad de la plantade tratamiento, si existe, y las posibles previsiones deaumento de capacidad, deben ser consideradas tambiénpara el dimensionamiento de las estructuras de alivio,toda vez que en sistemas combinados es necesarioconsiderar el comportamiento integral de las redes derecolección, evacuación y alivio, junto con el tratamientode las aguas residuales y la respuesta ambiental de loscuerpos de agua receptores.La localización de las estructuras de alivio debe estar enfunción de la configuración del terreno y de la posibilidadde derivar los caudales al cuerpo de agua receptor sincausar problemas de inundaciones de áreas aledañas.Evitar cambios bruscos de pendiente al inicio delaliviadero para no generar turbulencia, resaltoshidráulicos y represamientos que afecten el normalfuncionamiento de los aliviaderos por el cambio en elrégimen de flujo.Diseñar las estructuras de cañuela elevada, analizandolos tipos de flujo a la entrada del aliviadero y en elvertedero. Así mismo, conservar el ángulo de entradade las aguas combinadas con la salida de las aguasresiduales. El análisis debe corresponder al flujoespacialmente variado.Utilizar vertederos laterales a ambos lados de laestructura para mejorar el comportamiento hidráulicode la estructura, en particular para evitar la formaciónde vórtices que puedan poner en suspensión sólidos dellecho de las tuberías.Complementar las estructuras de alivio de vertederoslaterales con almacenamiento aguas abajo. Estocon el propósito de retener los sólidos flotantes y lacontaminación que arrastran las primeras lluvias, que enmuchos casos es superior al de las aguas residuales.78

No se recomienda construir aliviaderos para caudalesde aguas residuales iguales o menores de 5 l/s o parapoblaciones menores de 1.000 habitantes, ya queexigen estructuras de dimensiones muy pequeñasy precisas, fáciles de colmatar y difíciles de construir.Considerar las alternativas encontradas en lasnormas nacionales e internacionales para el diseñode aliviaderos, como es el caso de los tanques dealmacenamiento temporal y aliviaderos de vórticepropuestos en las Normas de Diseño de Alcantarilladode EPM e, incluso, construir una estructura piloto ymonitorearla.BibliografíaNormas para redes de saneamiento del canal deIsabel II, versión 2006, Madrid, marzo de 2006.Reglamento técnico del sector de Agua potabley Saneamiento básico, RAS - 2000. Ministerio deDesarrollo Económico, Dirección de Agua Potabley Saneamiento Básico, Bogotá D.C., noviembre de2000.David Butler and John W. Davies, Urbain Drainage,Taylor and Francis Group, 2000Seminario taller Diseño de alcantarillados de altatecnología II, Cátedra Pavco-Uniandes, 2008Hidramsa, Revisión de aliviaderos existentes en lacuenca La Picacha, 2002.Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín,Metodología para la evaluación del balance hídricoen una cuenca sanitaria (cuenca de la quebrada LaPicacha), 2010Ana Cecilia Arbeláez Arboleda y Evelio AndrésGómez Giraldo. Tesis Análisis de las estructuras deseparación de aguas residuales en el Valle de Aburrá,Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín,1995.Geovanny Buitrago Vasco. Tesis Identificaciónde indicadores y correlaciones de las variables defuncionamiento de los aliviaderos y propuesta decriterios de diseño para los sistemas de separación deaguas combinadas del sistema de alcantarillado deEPM. Politécnico Jaime Isaza Cadavid, 2003.Pedro Felipe Mora Manrique, Tesis Construcción yanálisis de un aliviadero como estructura hidráulica,bajo régimen de flujo supercrítico, Universidad deLos Andes, 2008.EPM, folleto “Sistema de acueducto y aguas residuales”,diciembre de 2009.79

Dosier: saneamientoAplicación eficiente derecursos financieros a lossistemas desaneamientoLuceny Duque GómezÁrea Proyectos Aguas Residuales, EPMluceny.duque@epm.com.coPalabras claveAguas residuales, alcantarillados, plantas detratamiento de aguas residuales, RAS 2000,recursos hídricos, sistemas de saneamiento.80

ResumenEn Colombia, antes de construir plantas de tratamientode aguas residuales, como lo exige la ley, se debenconstruir y mantener los sistemas de recolección ytransporte que conforman el alcantarillado.La legislación debe tener en cuenta la limitacióneconómica que padece la mayor parte de la poblacióncolombiana. Las pequeñas poblaciones nunca tendránel servicio inobjetable que se precisa si solo cuentan conmoderados recursos económicos. Pero si esas pequeñascomunidades tienen acceso a los servicios del personaly a los recursos técnicos propios de las grandes ciudadeso las grandes cuencas de los ríos importantes, si seconforman grandes grupos servidos adecuadamentepor laboratorios y redes de gran tamaño en las quese hagan economías de escala, será posible alcanzarniveles de calidad altos, con el servicio ofrecido agrandes comunidades.El orden de prioridad que establece el Reglamentode Agua Potable y Saneamiento (RAS), para laaplicación eficiente de recursos financieros aldesarrollo de infraestructura de los sistemas deacueducto y saneamiento, comprende:Construcción de sistemas de potabilización deagua.Construcción de redes de distribución de aguapotable.Construcción y sostenimiento de redes dealcantarillado.Implementación de sistemas de manejo deresiduos sólidos.Construcción de plantas de tratamiento de aguasresiduales.Después de hacer una cuidadosa revisión de los planesde saneamiento y manejo de vertimientos de numerososmunicipios del país, se obtuvo una imagen globalpreocupante. Los pueblos de Colombia consumen un aguaapenas poco menos que potabilizada porque si bien entodos, o en casi todos, se dice que el acueducto cubre a unalto porcentaje de la población, en términos generales elsector rural no se atiende o es mal atendido y, lo que esmás grave, en la mayoría de los casos no se lleva a cabo,ningún control que garantice la calidad ofrecida por lasentidades prestadoras del servicio.De los alcantarillados ni hablar. En la mayor parte soncombinados, pero no es lo deseable. Las redes cuentancon más de 30 años de servicio. Los 20 como máximo queaconsejan la técnica y la prudencia, casi nunca se tienen.Frecuentemente, las tuberías son en parte o totalmentede arcilla cocida. Hoy en el mundo se impusieron el PVCy el concreto por razones técnicas, pero en nuestrosmunicipios aún no se conocen.En muchos casos, en las redes se detectan proporcioneshasta del 40 o 50 por ciento de las tuberías en malestado y no se contempla una próxima reposición delentramado defectuoso. El cubrimiento del alcantarilladosiempre muestra un desfase con el acueducto; las aguasque no van al alcantarillado sanitario deambulan por lascalles libremente o vierten puntualmente al arroyo máspróximo. Se presentan grandes errores en cuanto a laconstrucción de cámaras de inspección y, en otras áreastécnicas, tuberías de gran diámetro caen en tuberías demenor diámetro; las cámaras de inspección con frecuenciason de ladrillo de barro, de sección cuadrada o rectangular,sin que se encuentre razón alguna para esto.81

Dosier: saneamientoPlanta de tratamiento de aguas residuales San Fernando.El recaudo por alcantarillado es mayormentedeficitario y alcanza solo cifras del orden de dos acuatro millones de pesos. Este paupérrimo recaudoexplica por qué no se planea en general la renovaciónni la ampliación del alcantarillado local. El tiempo y loscostos de la restauración y las ampliaciones necesariasde los alcantarillados de los municipios son grandes.En su esfuerzo por acatar las leyes colombianasrelacionadas con el medio ambiente, las poblaciones,asesoradas e impelidas por las corporacionesautónomas regionales, han contratado los estudiosy la formulación de planes de saneamiento y manejode vertimientos. Los consultores han realizadodiagnósticos sobre el estado de las redes de acueductoy alcantarillado locales.82

Los resultados de esos estudios han servido parafundamentar este trabajo. En ellos, después de dejarconstancia sobre el mal estado de todas las aguasde servicio público municipales, se presenta unprograma de trabajo encaminado a la construcción delas distintas etapas de una planta de tratamiento deaguas residuales.Los planes de saneamiento y manejo de vertimientoshacen especial énfasis en la cobertura numérica de losservicios, independientemente de que sea de buena omala calidad, consulten la salud y la economía de loshogares, sean sostenibles o no, conduzcan las aguas alo largo de redes de materiales de óptima calidad, enbuen estado y que cubran o no a todo el conglomerado.En resumen, los planes de saneamiento y manejode vertimientos de las diferentes poblacionescolombianas hacen un diagnóstico sobre lacobertura de los servicios y sobre el estado en que seencuentra la infraestructura asociada a los serviciosde acueducto y alcantarillado, y luego, sin analizarsus hallazgos, recomiendan grandes inversiones enprocesos de tratamiento, bien sea con la construcciónde nuevas plantas o la reparación o reposición delas existentes. Los planes de saneamiento y manejode vertimientos tienen en la política del Ministeriodel Medio Ambiente un objetivo final inevitable: laplanta de tratamiento de aguas residuales.En primer lugar es importante reflexionar acercade la capacidad económica de los habitantes delos pequeños poblados. En la investigación que serealizó sobre el inventario de servicios públicos, seobservó que la estratificación socioeconómica de losmunicipios no pasa del estrato bajo, tal vez en algunoscasos del medio, pero la gran masa de suscriptores dealcantarillado es misérrima y los ingresos familiares nosuperan generalmente el salario mínimo. Además, nopagan puntualmente las facturas de servicios públicosporque ese dinero les faltaría para comer.Frente a la reglamentación excesivamente coercitiva queregula los vertimientos, es urgente reestudiar el impactoque sobre cada arroyo, quebrada, lago, mar o gran ríoimpone la carga contaminante de una o varias poblacionesribereñas próximas. Es absolutamente imperioso quese demarque una escala equilibrada de prioridades. Lascorrientes de agua, en tanto recorren su lecho se oxigenan,y si la carga es menor, comparada con el caudal del río, serenueva por su propia inercia recuperadora. Se debe salvarel volumen finito de agua dulce, pero en aquellos casos enque es postergable un tratamiento costoso de las aguasresiduales entregadas por una aglomeración urbana dada,dicho tratamiento por supuesto debe limitarse a las etapasabsolutamente inevitables.Dentro de este orden de ideas cabe hacerse algunaspreguntas:¿Por qué no se piensa en que el alcantarillado esté en buenestado? ¿De qué sirve una planta de tratamiento de aguasresiduales que solo recibe y descontamina una porciónmínima de todo el caudal contaminado? ¿No sería másimportante reponer las redes dentro de los tiempos justosde vida útil que embarcarse en nuevas inversiones, de lascuales no se verá el lucro porque nunca serán funcionales ysi llegaran a serlo ya no operarían los sistemas de tuberíasconexos?En el país, por razones difícilmente explicables, existe unapresión agobiante para que obligatoriamente se realice eltratamiento de las aguas residuales.Las plantas de tratamiento de aguas residuales nose construirán o no se cancelarán jamás si se hacencon recursos locales, y de construirse tampocopodrán funcionar correctamente. Los ingresos de latesorería local difícilmente estarán en condiciones deatender el pago de técnicos, laboratorios, repuestos,intereses sobre el capital invertido y todos los demásaspectos que tienen que ver con su instalación yfuncionamiento. Los informes acerca del estado delas plantas ya construidas en pequeños caseríos,corroboran esta afirmación.83

Dosier: saneamientoLa norma RAS 2000 regula la escala que debe recorrersepara aplicar correctamente y en un adecuado ordende precedencias los escasos recursos económicos. Enella, después de atender a la provisión de acueductosen todas las comunidades urbanas y rurales, grandesy pequeñas, se establece también un régimen sobrealcantarillados.Cuando se trata de los servicios públicos, la primeraprioridad es el agua y potable, libre de sustancias ymicroorganismos nocivos. Por lo tanto, al programarlas inversiones públicas la prioridad absoluta se refierea su provisión y su purificación. En cualquier poblaciónla prelación incondicional está demarcada por unacueducto, la planta de potabilización y unas redes dedistribución del líquido.Satisfecha esta obligación, el siguiente paso debeser la búsqueda de la salud. Las aguas residualescontienen en germen un sinnúmero de enfermedades.El alcantarillado sanitario es sin duda una segundaposición en la secuencia de prioridades para la inversiónen los servicios públicos. Allí, casi tanto como en elsuministro de agua potable, se concentra la urgenciademarcada por la salud de la población.Cada vez más se toma conciencia por parte deingenieros y administradores públicos, de que tubosrotos que permitan el escape de los fluidos que losrecorren, zanjas abiertas por largos lapsos, aguaslluvias que desbordadas colman alcantarillados,sanitarios y calles, en fin, todo el incordio que implicael deterioro de una red de alcantarillado y tambiénla reconstrucción de uno defectuoso u obsoleto,requiere soluciones radicales y válidas técnica yeconómicamente. En la mayoría de las localidadesdel país, las redes de alcantarillado son viejas y estánen pésimo estado. En esta forma ellas no conduciríanadecuadamente y en su totalidad las aguas servidashacia las plantas de tratamiento.Cabe una crítica a la interpretación que se ha dadopor parte del Gobierno Central a la distribución delrecurso económico, sugerida por el RAS 2000. Estainterpretación implica que en primer lugar se atiendala dotación de agua potable de las comunidadesmunicipales y luego, una vez cumplido lo anterior, seemprenda la construcción de redes de alcantarillado.Sin embargo, lo técnica y económicamente correctosería emprender en el mismo momento los trabajosde distribución de agua potable y recolección deaguas residuales.Vale recordar que tanto las redes de acueducto como lasde alcantarillado, sean estas combinadas o separadas,deben ocupar espacios muy próximos en las mismasvías. La sana economía y una mejor lógica indican quepor esta razón, las dos redes hasta donde sea posible,deben extenderse en el mismo tiempo, para evitardemoler repetidamente las carpetas y las bases de lasvías pavimentadas. Así se obtendrá una economía deescala benéfica y se cuidará la salud de la población,pues tan necesario es el consumo de agua potablecomo urgente es el retiro de las aguas contaminadas.Por otra parte, la destinación obligada de los recursosprovenientes de la tasa retributiva al tratamiento deaguas residuales, desconoce todas las demás urgencias:cubrimiento total o próximo al total de redes dealcantarillado, restauración de redes defectuosas oinservibles, construcción de colectores, etc. Es lamentableque así se haga, sin pensar y responder a todos y cada unode los interrogantes que se han formulado anteriormente.Las exigencias de la legislación colombiana y delas corporaciones regionales desconocen gravesprioridades tales como una mayor necesidad dealcantarillados con redes en buen estado y de buenacalidad, antes que un crecido número de plantas detratamiento de aguas residuales.Las plantas de tratamiento de aguas residuales sonuna necesidad, pero antes el alcantarillado debeser funcional, cubrir un porcentaje importante de lacomunidad y haber sido renovado oportunamente. Paraque sea posible el tratamiento de un agua residual, esnecesario llevarla desde el lugar en que fue contaminadahasta la planta; esto hace que no pueda desconocersela importancia de las redes de alcantarillado, que sonlas encargadas de realizar este traslado. Por esta razón,primero debe construirse un alcantarillado que cumplarigurosamente las pautas de un buen diseño que debeincluir la ubicación futura de la planta, para que las redesconfluyan hacia la posición de aquella. De esa forma seevitan modificaciones innecesarias.84

Memorias 44° Congreso Internacional AcodalConflicto ambiental urbano Medellín, 2001.“Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principiosde diseño”. Romero Rojas, Jairo Alberto. EditorialEscuela Colombiana de Ingeniería. Tercera edición.Febrero de 2004.“Reglas para la operación de alcantarillados”. Trabajoelaborado con el auspicio de Capre-Andesapa, OPS/CE. Asociación Alemana de Saneamiento. Pág. 33-52.Acodal- No. 154, enero - marzo de 1993.“Nuevos avances en el tratamiento anaerobio de lasaguas negras”. Por Lauro Horacio Arturo, IngenieroCivil M.S. Pág. 5-30. Acodal No. 123, marzo – abril de1985“La importancia del tratamiento de las aguasresiduales desde la perspectiva sanitaria y ambiental”.Ingeniero Sergio Rolim Mendonia, Msc, asesor ensalud y ambiente de la OPS/OMS, Colombia. Pág. 42-51. Acodal, No. 180, septiembre de 1998“Renovación y rehabilitación de redes de distribuciónde agua potable y de alcantarillado.” Artículo: XXCongreso Latinoamericano de Hidráulica. Cuba,septiembre de 2002 y XV Seminario Nacional deHidráulica e Hidrología. Agosto de 2002. Coautores:Juan Saldarriaga, Humberto Ávila y William Clavijo.“Aspectos futuros de los componentes de unsistema de alcantarillado”; Artículo: XX CongresoLatinoamericano de Hidráulica. Cuba, septiembrede 2002 y XV Seminario Nacional de Hidráulica eHidrología. Agosto de 2002. Coautores: HumbertoÁvila y Juan Saldarriaga.87

ProyectosDiseño e implementación de lanorma técnica RA8-025 para elprograma de electrificación ruralAntioquiaIluminadaWilson Prado RendónIngeniero electricistaÁrea Ingeniería Distribuciónwilson.prado@epm.com.coWilson Omar Ardila GutiérrezIngeniero electricistaÁrea Ingeniería Distribuciónwilson.ardila@epm.com.coCarlos Mario Galeano Garcés.Ingeniero electricistaÁrea Ingeniería Distribución”carlos.galeano@epm.com.coPalabras claveRedes eléctricas primarias, redes eléctricassecundarias, redes de acometidas, redes internas,tensión nominal, transformadores de distribución.88

ResumenEn el siguiente trabajo se presenta el diseño eimplementación de la norma técnica RA8-025 parael programa de electrificación rural denominado“Antioquia Iluminada”. El propósito de esta norma esestablecer los criterios de diseño eléctrico y mecánico abajo costo de las redes eléctricas primarias y secundarias,acometidas y redes internas para las instalaciones delos clientes rurales de EPM .de EPM, del proyecto “Antioquia Iluminada” y dealgunos proveedores de equipos y materiales,respetando las exigencias funcionales, optimizandolos recursos financieros y humanos, así como losrequerimientos de seguridad tanto para EPMcomo para el cliente, para entregar el servicio deenergía eléctrica a un menor costo y a un mayornúmero de clientes rurales.La RA8-025 es el resultado de un trabajo interdisciplinarioy colaborativo de todas las personas de las diferentesdependencias de la Subgerencia Redes DistribuciónIntroducciónEn el año 2009, EPM inició el Proyecto denominado“Antioquia Iluminada” que busca ampliar la coberturarural en el servicio de energía eléctrica del 79.9% a másdel 95% en el sector rural de este departamento (vergráfico). En total serán 74.566 instalaciones, con unainversión de $ 381.702 millones (desde el año 2009-2013)para mejorar la calidad de vida de los clientes e impulsarel desarrollo económico de estas poblaciones.Gráfico 1. Cobertura en el sector rural de Antioquia. Año 2007Fuente: Área Planeación Transmisión y Distribución Energía.89

ProyectosDentro de las prioridades del proyecto está la prestacióndel servicio de energía eléctrica a las viviendas, conbase en criterios de mínimo costo y baja cobertura enlos municipios atendidos por EPM. Para lograrlo, EPMconstruye las redes de uso general con cargo a recursosde fondos (Ministerio de Minas y Energía y aportes deterceros) y a la tarifa. Las acometidas, la red interna ylos medidores se financian a los usuarios finales quelo requieran, mediante el sistema de HabilitaciónViviendas (HV).De esta manera, y teniendo presente que los márgenesde rentabilidad de la distribución del servicio deenergía eléctrica se reducen cuando los consumospromedios son de 56 Kwh por instalación, al tiempoque las inversiones en infraestructura son importantesfrente a la potencia demandada (tal es caso de losclientes ubicados en zonas rurales del departamentode Antioquía.), el Área de Ingeniería de la SubgerenciaRedes Distribución de EPM, en conjunto con las áreasoperativas, el Área de Electrificación Rural y algunosproveedores se dieron a la tarea de desarrollar unanorma técnica para regular, en forma clara y precisa,los criterios de diseño eléctrico y mecánico de las redeseléctricas primarias, secundarias, acometidas y redesinternas de las instalaciones, de tal modo que facilitenla reducción de los costos y permitan aumentar lacalidad del servicio de energía eléctrica de los clientesde las zonas rurales.De igual manera, se busca preservar la seguridadde las personas y bienes de la zona de influencia,prevenir todo tipo de riesgos en la prestación delservicio, buscar el correcto funcionamiento delas instalaciones de acuerdo con el uso previsto y,finalmente, cumplir con la normatividad nacionalvigente como el Reglamento Técnico de InstalacionesEléctricas (RETIE), el Código Eléctrico Colombiano NTC2050 y demás especificaciones técnicas de materialesy equipos de EPM.MetodologíaEtapa 1. PropuestaEn esta primera etapa el Equipo de Ingeniería Proyectosdefinió el objeto, alcance, campo de aplicación ycaracterísticas eléctricas de la norma identificadacomo RA8-025 y titulada “Criterios de diseño de la redde electrificación rural”, como se indica a continuación:Objeto: establecer los criterios de diseño eléctrico ymecánico de las redes rurales primarias y secundariasdel área de influencia de EPM, de acuerdo conlo establecido por la Resolución CREG 070 y elReglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE).Alcance: la selección del transformador, las redes dedistribución primaria, y secundaria, la acometida y la redinterna para atender la demanda de los usuarios finalesen las zonas de rurales de EPM, garantizando así unaexcelente de calidad técnica y operativa con criterios deeficiencia económica.Campo de aplicación: esta norma aplica a todaslas instalaciones eléctricas nuevas, ampliaciones yremodelaciones que se realicen en redes de distribuciónrural de uso general o particular ubicadas fuera de losperímetros urbanos de los municipios.Características eléctricas: El sistema de distribucióneléctrico tiene las siguientes características técnicas:Tensión primaria: 3.200 V. y 7.620 V.Tensión nominal sistema monofásico bifilar: 120 V.Tensión nominal sistema monofásico trifilar: 120/240 V.Etapa 2. Preparación del documentotécnico inicial y desarrollo por partedel grupo de trabajoEn esta etapa se preparó el documento técnico con ladefinición de los criterios de diseño, equipos y materialesa emplear. (Tablas 1 y 2)En la Tabla 1 se presenta la demanda diversificada (Kva/usuario) para el sector rural, la cual es igual a la relaciónentre la demanda máxima individual y la demandamáxima promedio por consumidor para n consumidores.Para encontrar la curva se tomó como base la informaciónde las curvas de carga diaria que es el resultado demediciones de campo efectuadas a los transformadoresde distribución seleccionados en la muestra, solicitadapor la Comisión de Regulación de Energía y Gas para lasinstalaciones ubicadas en zona rural entregadas a la CREG.La muestra seleccionada presentó un nivel de confianzadel 95% con un error máximo del 10 %, con una buenarepresentatividad para el tipo de instalación.Con esta misma información se determinó el factorde carga, definido como la razón entre la demandapromedio en un intervalo de tiempo dado y la demandamáxima observada en ese mismo lapso. Además, secalculó la cargabilidad máxima y promedio de lostransformadores asociados.90

91Tabla 1.

ProyectosPara la selección del conductor tanto de la redprimaria como secundaria se realizaron lasdiferentes sensibilidades con el fin de encontrarel más óptimo y que cumpliera con los criteriosde regulación, el costo de las pérdidas de energía,las características de los conductores, cargas delos clientes, los costos de los equipos, materiales ymano de obra (ver Tabla No. 2). Así mismo, se anexael esquema de las normas que aplican para las redesde electrificación rural que se revisaron.ComponenteDescripciónRegulaciónParámetros eléctricosconfiguración dela redCapacidad de lostransformadoresmonofásicos•Primaria =3%•Secundaria=3%•Rango de voltaje=+/-10%•Alimentadores a 13,2 KV.•Ramales monfásicos a 7,6 KV.•Ramales secundarios trifilares a 120/240 V•Ramales secundarios bifilares a 120 V•3 KVA•5 KVA•10 KVA•15 KVASe seleccionan de acuerdo con la tabla demanda diversificada diseñadapara el sector rural. Se localizarán en sitios con concentración de carga•Líneas 13,2 KV. 7.6 KV=ACSR No 2•Ramales secundarios trifiales 120/240 V AWG. Ramales secundarios bifiales 120 V= duplex 4 No AWG•Líneas 13,2 KV 7,6 KV=AAAC No 2 serán utilizadas zonas costeras.•Acometida cable concéntrico 1x10+10 AWGCalibre de losconductoresUsuarios Secundaria Secundaria PrimariaDPX No. 4m TPX No. 4m ACSR No. 2m1 ≤200 ≤690 >6902 ≤110 ≤390 >3903 ≤90 ≤300 >3004 ≤60 ≤230 >2305 ≤50 ≤180 >180Postería•Postes de madera de 10m -750Kgf para líneas primarias.•Postes de madera de 8m menor a 510 kgf para redes secundarias.•Postes de madera de 8m para soprte de red interna del cliente.•Postes de fibra 8 y 10m -510gf para las líneas primarias y secundarias en zonas costerasSe pueden usar postes metálicos a de fibra siempre que obtengan un beneficio equivalente osuperior a emplear los postes de madera y cumplan con los requerimientos del RETIEMedidor deenergía•Medidor monofásico bifilar clase 1, 120 volt-10(60) A•Se instala integrador cuando en un transformador se tengan dos o mas clientes.•La caja para el medidor debe de ser material plástico reforzado.Acometida y redinternamateriales y equiposBreaker 40A - 3KA-cable concéntrico 1x10+10 AWG THHN. PAse entre contador y tablero internoen alambre de cobre 1x10+10 AWG THHN. Un circuito interno conformado por:Un tablero para 3 circuitosUn breaker de 20A-3KA•Cable flexible tipo NM No. 12 AWG y No. 14 para alambrado.•Un tomacorriente doble con polo a tierra 15A, 150V (NTC 1650)•Un interruptor 10A, 110 (NTC1337)•Un portalámpara de policarbonato.•Cajas plásticas de sobreponer 2x4Los materiales y equipos suministrados por particulares o firmas contratistas para serinstalados en el sistema de EPM, deben ser nuevos y cumplir con el RETIE, (certificado de producto),además de cumplir con las especificaciones y características técnicas garantizadas de EPM.92Tabla No. 2: Criterios técnicos utilizados, estándares de equipos de materiales y equipos de red electrifcación rural.

Esquema de redes de electrificación rural.93

ProyectosEtapa 3. ValidaciónEn esta etapa se realizaron consultas con losdiseñadores, constructores e interventores con el fin dehacer los ajustes respectivos a la norma. Igualmente, el29 de mayo de 2009, se dispuso para la aprobación porparte de la Subgerencia Redes de Distribución de EPM.Etapa 4: Etapa de publicaciónSe publicó en la página web de EPM y se inicióel proceso de divulgación a las áreas operativas,contratistas, diseñadores e interventores.Tansporte de transformador de energía ( La Quiebra Ebéjico,Occidente).Para una mejor ilustración, se presentan fotografíasde redes que cumplen con los aspectos técnicos de lanorma.Beneficios de la implementación dela norma técnica RA8-025Reducción de costos por instalación,aproximadamente en un 25%.Desarrollo de actividades que se puedan verificarfrente a un estándar y dejar evidencias objetivasque permitan adelantar los procesos de diseño,construcción e interventoría.Montaje de transformador de distribución y medidor deenergía (La Quiebra Ebéjico, Occidente).Permite formalizar y estandarizar los equipos ymateriales requeridos para la electrificación rural, locual deriva en la estabilidad de las acciones y en unentendimiento común de los procesos implicadoscomo son compras, presupuestos, contratación ytodo el personal involucrado.Frente a un cambio en las políticas en esta materia,permite un mayor entendimiento y comunicaciónde estos procesos en las diferentes dependencias deEPM.Montaje de transformador e instalación de medidores enLa Dieciocho, Zaragoza, Bajo Cauca.Red interna para instalación localizada en La Dieciocho,Zaragoza, Bajo Cauca.94

Bibliografía[1] Norma técnica, criterios de diseño de la redde electrificación rural, Normas técnicas de EPM.Diciembre de 2008.[2] Norma técnica, instalación domiciliaria residencial.Caso 3b: instalación de acometida aérea rural.Diciembre de 2008.[3] Reglamento técnico de instalaciones eléctricas.Ministerio de Minas y Energía. Agosto de 2008.[4] Código eléctrico colombiano NTC 2050. Primeraactualización, 2002.[5] Normas de EPM publicadas en la web http://www.epm.com.co/epm/web/serv_prove_normasenergia_1.html[6) Comisión de Regulación de Energía y Gas.Resolución 070 de 2002.95

Medio ambienteGestión de PCB enEPMPalabras clavePCB, residuos peligrosos, manejo de residuospeligrosos, gestión ambientalAdriana María Torres VelásquezProfesional Ambiental - Área Hidrometría eInstrumentación, Generaciónadriana.torres@epm.com.coAquiles Echavarría EusseLíder Operación y Mantenimiento - ÁreaAnálisis e Ingeniería, Generaciónaquiles.echavarria@epm.com.coInés Helena Vargas CadavidProfesional Técnico Distribución - ÁreaIngeniería Distribuciónines.vargas@epm.com.coJudith Martínez TabordaProfesional Ambiental - Área ProyectosTransmisiónjudith.martinez@epm.com.coSandra Milena Puertas ArangoProfesional Ambiental - Subdirección MedioAmbientesandra.puertas@epm.com.coAgradecimientos: los autores agradecen a Isabel Cristina PulgarínMonsalve, del Área Proyectos Generación, y a María Elena Díez Nieto yWilliam Cossio Quintero del Área Planeación Transmisión y Distribución,por el suministro de información y el recuento histórico de su gestión enel tema.Toma de muestra de aceite dieléctrico para análisis de PCB en equipo de distribución.96

ResumenEn cumplimiento de su política ambiental y en especialde sus lineamientos relacionados con la legislaciónambiental (realizar una gestión ambiental con enfoquepreventivo, hacer uso racional de los recursos que emplea,mejorar continuamente el desempeño ambiental enel marco de las posibilidades y promover la culturaambiental, especialmente entre sus empleados), EPM hadesarrollado diversas acciones para la gestión adecuadade sus PCB, enmarcadas en las cuatro líneas estratégicasestablecidas en el Plan Nacional de Aplicación delConvenio de Estocolmo: identificación, prevención,reducción del riesgo y eliminación.La ejecución de estas acciones se ha logradogracias al esfuerzo, dedicación y compromisoambiental de los funcionarios y directivos dediversas dependencias de EPM, para lo cual ha sidoclave la articulación con diferentes organizaciones,agremiaciones e instituciones de orden nacional,interesadas por la gestión integral de estosresiduos peligrosos.IntroducciónLos PCB son compuestos sintéticos fabricados por elhombre desde 1929. Son viscosos, no biodegradables,no inflamables y presentan un elevado punto deebullición; tienen propiedades como disipadores decalor y aislantes eléctricos, por lo cual son empleadosen transformadores, interruptores, condensadores,bobinas y otros equipos eléctricos. Debido a suimpacto sobre la salud y el medio ambiente, desdefinales de los años setenta la fabricación y utilizaciónde los PCB está prohibida o sometida a restricciones enmuchos paísesLos PCB hacen parte de los denominadosContaminantes Orgánicos Persistentes – COP,regulados en el mundo por el Convenio deEstocolmo, suscrito en el año 2001 y ratificado porColombia mediante la Ley 1196 del 5 de julio de 2008.Su implementación se está realizando mediante elPlan Nacional de Aplicación (PNA), coordinado porel Ministerio de Ambiente, Vivienda y DesarrolloTerritorial (MAVDT), con el propósito de que alaño 2025 todos los PCB existentes en Colombiaestén fuera de operación y para el 2028 hayan sidoeliminados del territorio nacional.Gestión de EPMDesde hace más de una década, en cumplimiento de losprincipios de Responsabilidad Social y Ambiental, EPMparticipa en mesas de trabajo sobre la gestión integralde PCB con otras empresas del sector eléctrico y elMAVDT. Durante este tiempo, la empresa implementócriterios y acciones para controlar el riesgo a la salud yal ambiente, además evitar la contaminación cruzadade equipos.1. Primeras gestiones(década de los 90)1.1 Diagnóstico de PCB entransformadores de potenciaEn el año 1991 fue realizado el primer inventario detransformadores de potencia en las centrales degeneración y subestaciones de energía, con el propósitode identificar la presencia y concentración de PCB. En esaoportunidad, el Laboratorio Control Calidad Acueductode EPM aplicó la prueba para PCB utilizando el métodode cromatografía de gases. Los resultados fueron lossiguientes:En dos negocios (Generación y Transmisión) seinventariaron y muestrearon 83 transformadores depotencia.Se determinó que cuatro transformadores depotencia, ubicado en la central hidroeléctrica Guatapéy que ya estaban fuera de operación, conteníanaltas concentraciones de PCB debido a que en sufabricación habían empleado Clophen (PCB puro). Estostransformadores se aislaron, se señalizaron y quedaronfuera de servicio de manera permanente.Además se determinó que un transformador depotencia de una de las subestaciones de energía, yafuera de operación, contenía Askarel (PCB puro). Estetransformador fue aislado, señalizado y almacenadotemporalmente.97

Medio ambiente1.2 Medidas de manejo para PCBEl Convenio de producción más limpia del sector eléctricofue firmado en 1997 entre el Ministerio de Minas y Energía– MME, el Ministerio de Medio Ambiente (hoy Ministeriode Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial - MAVDT)y las empresas del CASEC (Comité Ambiental del SectorEléctrico), por una vigencia de diez años. En ese marco,EPM participó en la elaboración del Manual de manejo dePCB para Colombia, trabajo que fue publicado en agostode 1999.Siguiendo las directrices establecidas en este manual,en 1998 se construyó una caseta en predios de la CentralHidroeléctrica Guatapé para el almacenamiento deequipos, aceites y otros elementos contaminados conPCB. Con estas acciones se redujo y controló el riesgo decontaminación ambiental y las afectaciones a la saludasociados a la manipulación de equipos y aceites con PCB.Así mismo, en el año 2000 se eliminó en el exterior untransformador de potencia de gran tamaño del negocioTransmisión Energía, identificado con PCB en altasconcentraciones.2. Compromiso de las empresas delsector eléctrico para el periodo 2001-2007El Ministerio del Medio Ambiente, actuando de maneraproactiva (debido a que el Convenio de Estocolmo solofue firmado por Colombia en el año 2006 y ratificado en2008), creó el Comité Técnico COP en el 2002, del cualhicieron parte diversas organizaciones. Como parte de ladinámica de este Comité se realizaron varios talleres en losque se discutió la problemática y se definieron estrategiasy acciones que permitieran cumplir con los compromisosdel convenio.El principal objetivo de este Comité fue la construcciónde una primera versión del Plan Nacional de Aplicación-PNA- del Convenio de Estocolmo para Colombia, quecomprendió diferentes planes de acción, entre ellos el dePCB.Para abordar el tema de PCB, en este Comité se creó unamesa de trabajo cuya gestión se extendió hasta el año2005, con la participación del MAVDT y de las empresasdel sector eléctrico, entre ellas EPM. En este espacio sedefinieron los lineamientos y las principales accionespara soportar el Plan de Eliminación de PCB en Colombia,incluyendo los términos de referencia para la contratacióndel inventario nacional de PCB.A finales del año 2005, EPM participó en el InventarioNacional de PCB liderado por el MAVDT. En estaoportunidad la empresa aportó la información disponiblehasta ese momento.Paralelamente a esta gestión, en el marco del Convenio deproducción más limpia se definieron algunos indicadores, entreellos el de Manejo de PCB para los subsectores de Generación,Transmisión y Distribución, con el propósito de medir anualy quinquenalmente el porcentaje de transformadores yrecipientes muestreados, así como los identificados con PCB yel manejo que se les estaba dando.3. Mesa de trabajo de PCB (2008 - 2010)En el año 2008, una vez se expidió la ley que ratificó el Conveniode Estocolmo en Colombia, el MAVDT invitó a las empresasdel sector eléctrico a retomar las actividades de la Mesa detrabajo de PCB. Fue en ese momento que se brindaron aportespara la segunda versión del Manual para el manejo de PCB,publicado en 2007, y se revisó y ajustó el Plan de acción parala eliminación de PCB, elaborado desde el 2005 y publicadofinalmente en julio de 2010.Además de estas actividades, el trabajo de la mesa eneste periodo se centró en la construcción colectiva de larecientemente expedida Resolución 0222 del MADS dediciembre de 2011, que establece los requisitos para la gestiónintegral de equipos y desechos que consisten, contienen oestán contaminados con PCB, que incluye entre otros asuntos,las metas para la identificación y eliminación, la presentacióndel inventario, el marcado de equipos y residuos, y las medidaspara orientar el adecuado manejo de equipos o residuoscontaminados con PCB y la reducción del riesgo. Comotemáticas derivadas de la implementación de esta normase diseñaron las competencias a certificar para acreditarconocimiento en la toma de muestras para el análisis de PCB.4. Diagnóstico de PCB (periodo 2005 a lafecha)Teniendo en cuenta las señales y directrices del MAVDT y delsector eléctrico colombiano, entre los años 2005 y 2006 losnegocios de Generación y Transmisión de Energía realizaronel inventario físico de los transformadores de potencia yotros equipos ubicados en las centrales y subestacionesde generación, que utilizan aceite dieléctrico para sufuncionamiento, de acuerdo con los criterios establecidos en elManual de manejo de PCB para Colombia del año 1999.A finales del año 2005 y principios del año 2006 se realizóla caracterización de los aceites dieléctricos de los equiposinventariados para determinar presencia y concentración dePCB. Con este fin se contrató un laboratorio que empleó elmétodo semicuantitativo Dexsil L2000-DX.El contrato de análisis de laboratorio incluyó la capacitaciónde 15 funcionarios de las centrales que apoyarían la toma demuestras de aceites dieléctricos para determinar PCB. En estacapacitación se trataron, entre otros temas, una introducciónal tema de PCB y las medidas de seguridad para la toma,embalaje y transporte de muestras; así mismo, se realizó untaller práctico.98

Para verificar los resultados positivos para PCBobtenidos por el método semicuantitativo yconocer la concentración real de PCB en los aceitesanalizados, en el año 2007 se contrataron losservicios del otro laboratorio que aplicó la pruebacuantitativa de cromatografía de gases para PCBbajo la norma ASTM 4059.Y fue también en el año 2007 cuando el Área IngenieríaDistribución de EPM realizó ajustes a su procedimientode mantenimiento e inició, antes de cualquierintervención y aplicando la prueba cualitativa (KIT Clor-N-oil 50), el análisis de PCB a todos los transformadoresrecibidos. Para verificar los resultados positivos seaplicó la prueba cuantitativa de cromatografía degases.Con la integración energética regional en eldepartamento de Antioquia, que implicó la absorciónde la Empresa Antioqueña de Energía – EADE, EPMrecibió plantas de generación, subestaciones detransmisión y cerca de 60.000 transformadores dedistribución, entre otros equipos que operaba estaentidad. Es de anotar que EPM ya contaba con igualnúmero de transformadores de distribución antes dela integración, con lo cual duplicó su inventario.En el año 2008, como un producto de la articulaciónentre dependencias liderada desde la Subdirección MedioAmbiente de EPM para unificar las labores de diagnósticoy manejo de PCB, se obtuvo el procedimiento para latoma de muestras de aceite dieléctrico para análisis dePCB, el cual fue ajustado en 2009 y 2010 para incluir locorrespondiente a equipos utilizados para la distribuciónde energía.En el año 2010 se puso en operación el laboratorio decromatografía de gases en proceso de acreditación, con elcual se espera poder realizar las pruebas a los equipos dedistribución aún no evaluados y a otros que se adquieranen EPM.Los resultados de los equipos analizados con corte al 31de diciembre de 2010 se presentan en la Tabla 1, dondeademás se muestra el número de equipos identificadoscon PCB con más de 50 ppm, a los que se les dio un manejoadecuado considerando los riesgos de contaminaciónambiental y los riesgos sobre la salud (eliminación oalmacenamiento).A principios del año 2008 EPM revisó la informaciónexistente sobre PCB de sus transformadores depotencia (transmisión) y los recibidos de EADE(generación y transmisión), al tiempo que realizóuna toma de muestras y adelantó la evaluaciónde las concentraciones de PCB en los equipos queno contaban con éstos análisis. En esta actividadse incluyeron también los transformadores queoperaban en las plantas de potabilización ytratamiento de aguas.Las pruebas fueron realizadas en los laboratorios dela Universidad Industrial del Santander -UIS- y en ellaboratorio de la sede de Investigación Universitariade la Universidad de Antioquia, que para el segundosemestre del año 2008 ya contaba con la pruebaestandarizada de cromatografía de gases para PCB.Toma de muestras de aceite dieléctrico para análisisde PCB en equipo de distrubución (2010).99

Medio ambiente5. Medidas de manejoimplementadas (1998 – 2011)5.1 Medidas de carácter preventivoDe acuerdo con las actividades establecidas para lalínea estratégica Prevención del Plan nacional deaplicación, las acciones en EPM se enfocaron en cuatroejes:Fortalecer los controles para evitar la compra deaceites con PCB, para lo cual la Subdirección MedioAmbiente, en asocio con la Unidad de ProtecciónSocial, gestionaron la Circular 1399 de 2009, donde secontemplan directrices para:Incluir en los términos de referencia de contratosde adquisición de equipos o suministros de aceitesexigencias de menos de 5 ppm de concentraciónde PCB en aceites, con sus respectivos certificados.Toma de muestras para la confirmación decertificados a equipos o aceites nuevos, a costo delcontratista.Capacitar a través de un programa de sensibilizacióndirigido al personal de operación, mantenimiento yambiental de Generación, Transmisión y Distribución deenergía, el cual incluyó:Dar a conocer los PCB y los riesgos de contaminaciónambiental y efectos sobre la salud.Divulgar la legislación ambiental que regula el temade PCB en Colombia y en el mundo.Presentar el diagnóstico de los equipos con PCB eidentificarlos claramente.Socializar las medidas de seguridad para lostrabajadores que debían manipular equipos con aceitedieléctrico con o sin PCB.Informar sobre las acciones que se deben adoptaren caso de emergencias (goteos o fugas, derrames eincendios) en equipos con o sin PCB.Socializar el instructivo para la toma de muestras,el procedimiento de mantenimiento de equipos y elmanejo de aceites y residuos asociados.Inspección en campo y pruebas de verificación depresencia de PCB a proveedores de aceites.Establecer criterios, normas y procedimientos para lasempresas de mantenimiento de equipos eléctricos yregeneración de aceites dieléctricos:Se definieron directrices para la contratación deservicios de mantenimiento.Inspección en campo y pruebas de verificaciónde la presencia de PCB durante las labores demantenimiento.Desarrollar e implementar medidas de control sobrela transferencia de aceites dieléctricos y equiposeléctricos en desuso hacia recicladores y chatarreros:Se elabora un procedimiento de manejo de aceites.Se establecen controles para la comercializaciónde residuos peligrosos (equipos y aceites): seexige resultado de análisis de PCB (< 50 ppm) a ladependencia que entrega el residuo a comercializary a los interesados en la compra, la licencia o lospermisos ambientales correspondientes.Capacitación en la toma demuestras para análisis de PCB (2005)100

Poner en práctica los procedimientos para elmanejo, almacenamiento y transporte de residuospeligrosos (entre ellos los PCB).Divulgar los criterios para la intervención de losequipos libres y contaminados con PCB y lostrabajos con las plantas de tratamiento de aceites,para evitar contaminación cruzada de la planta ylos transformadores de potencia.Dar a conocer las exigencias que deben cumplirlos proveedores de aceite dieléctrico nuevo, laentrega del certificado de “libre de PCB” y comorespaldo los análisis de laboratorio debidamentereconocidos.5.2 Medidas de reducción del riesgoUna vez identificados los transformadores con PCB querequerían un manejo adecuado, a partir del año 2007se procedió a identificarlos claramente siguiendo lasdirectrices del Manual de manejo de PCB para Colombia.Por su parte, la Subgerencia Ambiental del negocioGeneración Energía elaboró en 2007 dos procedimientospara el manejo seguro de aceites y equipos con PCB.Estos son:Procedimiento para la inspección y mantenimiento delos sitios de almacenamiento de equipos, elementos yaceites dieléctricos con PCB.Procedimiento para el retrollenado de transformadorescon aceites dieléctricos que contengan PCB.Así mismo, durante el 2007 se mejoraron las condicionesde seguridad de la caseta de la central hidroeléctricaGuatapé, construida en el año 1998 para albergar lostransformadores identificados con PCB fuera de servicio.En julio de 2007, mediante el Auto 132-0108, Cornareotorgó a EPM el permiso para almacenar por cincoaños los transformadores con PCB, y exigió realizarinspecciones y mantenimientos periódicos de la caseta dealmacenamiento, al tiempo que realizó visitas de controly seguimiento ambiental con resultados satisfactorios.El propósito principal de este permiso fue garantizar elcumplimiento de la normatividad ambiental (Decreto 4741de 2005) en el manejo de residuos peligrosos.Así mismo, como parte de la Comisión de IntegraciónEnergética Regional -CIER-, EPM, conjuntamentecon ISA e ISAGEN, elaboraron en 2008 la Guía para elmanejo de residuos peligrosos, donde los PCB tambiénfueron abordados.Cabe anotar que entre 2008 y 2009 la Subdirección MedioAmbiente ajustó los dos procedimientos mencionados y elde toma de muestras de aceites, con el fin de generalizarlospara que tuvieran aplicación en todas las empresas delGrupo EPM.Igualmente, en 2008 la mencionada dependenciaestableció las especificaciones para la construcción yoperación de sitios de almacenamientos de residuosy equipos con aceites dieléctricos. De esta manera, sehomologaron los criterios para todas las dependencias deEPM y del Grupo Empresarial.101

Medio ambienteBuscando reducir el riesgo, en 2008 se dio la directriz desdela Gerencia Transmisión y Distribución Energía, poseedorade la mayor cantidad de equipos con fluidos dieléctricosen EPM, de sacar de uso todos aquellos identificados conPCB, tras comprobar el resultado con la prueba de tipocuantitativa. De esta forma, el Área Ingeniería Distribuciónpuso en marcha un laboratorio para el análisis deconcentración de PCB empleando cromatografía de gases,construyó un sitio de almacenamiento de PCB y adecuólas instalaciones donde se realiza el mantenimiento yreparación de los equipos no contaminados.En línea con lo anterior, las Áreas de Distribución,Transmisión y Generación Energía, así como las deAguas, construyeron acopios para el almacenamientode equipos o aceites dieléctricos usados, entre otrosresiduos peligrosos.Así mismo, de común acuerdo entre la SubdirecciónMedio Ambiente, la Unidad de Protección Social, laUnidad de Compras y el Departamento de Transporte yTalleres de EPM, se adquirieron equipos de emergenciaspara la atención de derrames, señalética para sitios yvehículos, y equipos de protección personal para todas lasdependencias que lo solicitaron.5.3 Eliminación de PCBEsta fase ha tenido dos momentos: uno en el año 2000,cuando la Subgerencia Redes Transmisión eliminó enel exterior un transformador de potencia con PCB; elsegundo, cuando la Subdirección Medio Ambiente de EPMgestionó y coordinó la contratación para la eliminaciónde los PCB identificados, con un gestor externoautorizado con experiencia en Colombia y en el mundo.En esta contratación participaron los negocios de Aguas,Generación, Transmisión y Distribución Energía, así comola filial CHEC del Grupo EPM.El contrato contempló, entre otros procedimientos,drenaje, lavado, embalaje, transporte nacional einternacional, almacenamiento temporal y eliminación dePCB mediante la técnica de incineración.Cromafógrafo de gases para la identificación de concentraciones dePCB (2011).102

En noviembre de 2008 fue retirado de las instalacionesde EPM el primer grupo de los PCB identificados a esafecha, los cuales fueron almacenados hasta febrerode 2009 en la bodega del gestor externo contratado,ubicada en la ciudad de Soledad (Atlántico); esemismo mes fueron transportados por vía marítimadesde el puerto de Cartagena hasta la plantaincineradora ubicada en Francia. En mayo de 2009 laempresa contratada presentó a EPM el certificado deeliminación por incineración de los PCB que le habíansido entregados.Como desarrollo del mismo contrato, en julio de2009 se retiraron de EPM los PCB existentes en lascentrales hidroeléctricas Guadalupe III, Río Abajo ySonsón I, que no se habían incluido en el embarquedel mes de mayo y fueron llevados directamente alpuerto de Santa Marta desde donde se transportaronvía marítima hasta Francia para su eliminación en lamisma planta incineradora. Este procedimiento, quetuvo lugar en septiembre de 2009, cuenta con surespectiva certificación.Preparación para el cargue de acites dieléctricos contaminados con PCBpara su eliminación en el exterior (año 2009).103

Medio ambienteInspección de la carga de PCB de EPM para exportar por partede la Policía Antinarcóticos en la sociedad portuaria de SantaMarta (año 2009).En total, durante los años 2008 y 2009 se eliminaron enFrancia los PCB identificados en 29 transformadores,la mayoría de potencia, y 12 recipientes querepresentaron 105,74 toneladas. En la Tabla 2 y en elregistro fotográfico anexo se presenta un resumen delos resultados de esta gestión.104En 2011 se elaboraron las Directrices para el manejo dePCB en el Grupo EPM, divulgadas en el III EncuentroAmbiental del Grupo realizado en septiembre. Allíse recogen las exigencias de la nueva normativa,las lecciones aprendidas y el deber ser en cuanto aprevención, identificación, reducción del riesgo yeliminación. Este documento es el resultado de unaformulación inicial por parte de la Subdirección MedioAmbiente, sometida a discusión, análisis, validacióny ajustes por parte de funcionarios conocedores delas Áreas de Planeación Transmisión y Distribución,Ingeniería Distribución, Hidrometría e Instrumentacióny Proyectos Generación.

Tabla 2. Gestión proactiva por parte de EPM en la eliminación de PCB delas dependencias de Aguas, Generación, Transmisión y Distribución deEnergía (años 2000, 2008 y 2009).Nota: Costo total sin IVA de la medida de manejo implementada COP$832.868.734 (precios corrientes).Acciones por ejecutarEPM continuará con la realización de pruebas atransformadores de distribución energía y equipos confluidos aislantes diferentes a transformadores (CT, PT,condensadores, interruptores, entre otros) que seránobjeto del nuevo inventario de PCB que se presentará ala autoridad a inicios del 2013. Así mismo, se aplicaránlas directrices de manejo antes mencionadas, susinstructivos y procedimientos.El Área Ingeniería Distribución implementará unatecnología de eliminación, con la que se controlaríael riesgo sobre el ambiente y la salud de las personas;se complementará con un proceso de regeneraciónde los aceites dieléctricos descontaminados, a finde aprovecharlos nuevamente en equipos. Asímismo, trabajará en la acreditación del laboratoriode cromatografía de gases para la prueba de PCB,implementada para prestar servicios al Grupo EPM y aterceros interesados.Igualmente se trabajará conjuntamente entre lasdependencias operativas y de Planeación de Distribución,Transmisión, Generación Energía, Aguas, nivelesinstitucionales y todas aquellas que cuenten conequipos objeto de inventario, en otros aspectos como ellevantamiento de información aún no registrada en basesde datos de los equipos y necesaria para adelantar el nuevoinventario (georeferenciación, marca, año fabricación, pesolíquido, peso total, entre otros); el desarrollo de un aplicativoque permita gestionar esta información, el cumplimientode exigencias como la elaboración del reporte anual delinventario y la elaboración de un plan de gestión de PCBque reúna todas las acciones aquí mencionadas (para losnegocios que aún no lo tienen); la construcción y dotaciónde acopios de PCB que se requieran y el retiro definitivo deequipos contaminados, entre otras acciones.105

Medio ambienteConclusiones y recomendacionesIgualmente, EPM seguirá adelantando las capacitacionesy entrenamientos periódicos sobre las directricesestablecidas en la Circular 1399 de 2009 y las definidaspara la contratación de servicios de mantenimiento, lostres procedimientos antes descritos y otros documentosque puedan surgir, las medidas de control internas yexternas para la comercialización de aceites y equiposque los contuvieron, y las acciones a ejecutar por partede los interventores en la adquisición de aceites y nuevosequipos o en el mantenimiento de los mismos. entre otrostemas.La Subdirección Medio Ambiente y el Área PlaneaciónTransmisión y Distribución Energía de EPM, continuaránasesorando a las dependencias de la empresa y a susfiliales en la aplicación de las directrices para el manejo dePCB, liderando una mesa de trabajo con representantes decada negocio, al tiempo que mantendrá la línea de trabajoque se ha venido desarrollando con el MADS y ANDESCOpara el establecimiento de políticas e instrumentos demanejo de PCB para el sector eléctrico.Seguir las directrices del MADS, manteniendo comolibro de consulta el Plan Nacional de Aplicación (PNA)del Convenio de Estocolmo, el Plan de acción para PCB, lanorma colombiana para el manejo de PCB y las directricespara el manejo de PCB en el Grupo EPM.El compromiso gerencial es fundamental para cumplirlas exigencias derivadas del PNA y de la normatividadexistente.Se requiere un trabajo articulado entre las dependenciasambientales, técnicas, de laboratorio, administrativas einformáticas para ejecutar un plan de gestión de PCB enla empresa.La ejecución de acciones para la implementación del PNAy el cumplimiento de la norma, demanda gran cantidadde recursos humanos, técnicos, logísticos y económicosque deben ser presupuestados con antelación.Es vital la articulación entre las empresas del sectoreléctrico y las autoridades ambientales al momentode expedir cualquier normatividad o directriz sobreel tema, pues son las empresas las que tienen mayorconocimiento técnico de los equipos, su funcionamiento,limitantes, procesos asociados con la operación y laalteración de indicadores de calidad del servicio, asociadocon la desenergizacion de los equipos para muestreos,entre otros.106

Tabla 1. Inventario de equipos de EPM analizados e identificados conPCB mayor de 50 ppm a 30 de junio de 2011.107

HistoriaEvolución de lapublicidad en EPM:desde las huellas de una identidada la gestión de la marcaPalabras clavePublicidad, Gestión de marca, EPMJorge Alberto Hernández PatiñoProfesional MercadeoSubdirección Identidad Empresarial, EPMjorge.hernandez.patino@epm.com.coMedellín y EPMBajo los primeros soles y lunas, los aburraes y también losyamesíes, peques, ebéjicos y noriscos, entre otros gruposancestrales, caminaban libremente por los territorios sinpercibir la transformación que verían al deambular por elfuturo Valle de Aburrá, vocablo indígena que significa ¨Lapintadera¨, territorio avistado por Jorge Robledo en 1541 yal cual bajo su ordenamiento arribó Jerónimo Luis Tejelo el23 de agosto del mismo año.En 1616, el visitador Francisco Herrera Campuzano fundócon 80 indígenas el resguardo de San Lorenzo en elactual parque de El Poblado, y el 2 de noviembre de 1675le correspondió al Gobernador y capitán general de laProvincia de Antioquia, Miguel de Aguinaga y Mendigoitía,proclamar la creación de la Villa de Nuestra Señora de laCandelaria de Medellín.En la década de 1950, Medellín era una joven y modernaciudad poblada por unos 500 mil habitantes. Una sociedadque preservaba la memoria entre cafés, manifiestos ytertulias y que construía el fundamento a la emblemáticacultura empresarial antioqueña.108El 6 de agosto de 1955, se constituye un ente autónomo delorden municipal: Empresas Públicas de Medellín, las cualesse convirtieron desde entonces en actor fundamentaldel crecimiento urbano y testigo del desarrollo socialde las comunidad. Medellín se consolidaría como el ejefundamental para el desarrollo y el progreso de la región.

Los metarrelatos urbanosLa ciudad entre las ciudades ha visto miles derostros, ha representado gran variedad de montajesescénicos y ha escuchado testimonios de vida,historias de esperanza, amor y futuro de unacomunidad viva que respira, se deja habitar y se hapoblado a la par de cientos de generaciones.En esta ciudad se han escuchado historias contadaspor la ciudad y para la ciudad, que hacen de locotidiano un tejido social, un retrato hilvanadopor caracteres y expresiones que tienen que vercon la propia esencia de sus habitantes, con losvínculos emocionales y familiares que en conjuntolos validan como miembros esenciales de unacomunidad.Empresas Públicas de Medellín, ahora EPM,siempre fiel a los principios constitucionales,tiene como compromiso satisfacer de maneraregular y continua las necesidades relacionadascon los servicios públicos, principalmente los de lacomunidad que la conforma.Esta relación de convivencia, genera diálogosentre la ciudad y los habitantes, que establecenlenguajes comunes y códigos culturales que por lacontinuidad de uso se convierten en componentesdiferenciadores de región. La retórica de estediscurso comunica y compone la cultura registradaen la memoria como parte de la historia.¨Una cosa es el ojo, otra distinta es la mirada. El ojo ve,la mirada mira. El ojo de distrae y se hace vulnerable.La mirada domina¨. ( diseñar para los ojos. Joan Costa.Grupo editorial design. Abril, 2003).La memoria visual de EPM se articula como la historiade cientos de impresiones, de registros sonoros y deimágenes en movimiento emitidas durante los últimos57 años. Está compuesta por una colección de mensajespublicitarios en los que es posible descubrir testimoniosde una relación de beneficio mutuo entre la comunidady EPM.Esta selección de textos, fotografías y trazos es testigoy soporte del camino que le permitió a la marca EPMgenerar un relacionamiento sostenible y fiable parainstaurarse en el imaginario social.Es una invitación a descubrir algo más que un extensoportafolio de servicios y productos. Es el reconocimientode una relación de amistad y confianza duradera queevoca el espíritu y la tenacidad de miles de generaciones.109

Evolución de la publicidad en EPM:desde las huellas de una identidad a la gestión de la marca1810Antonio Nariño funda1887Fidel Cano Gutiérrez funda el 22 de marzo de1911Se funda el periódico “El Tiempo” el 30 de1922Nace la radio comercial, cuyo fin, inicialmente, era el de1930Se establecen las primeras agencias de publicidad en1945Aparecen las primeras emisoras culturales,1954El 13 de Junio de 1954 es inaugurada1969Surge la primera red interconectada de datos entre2011el diario la Bagatela,1887 en la ciudad de Medellín “El Espectador”,enero de 1911 por Alonso Villegas Restrepo.emitir cuñas publicitarias, pero tan sólo un año más tarde,Colombia, entre las cuales se destaca como pionera, laentre ellas y por la misma época, las cadenasoficialmente la televisión en Colombia.las universidades de UCLA y Stanford. Intenet , elfundado.el periódico más antiguo de Colombia.Es comprado por Eduardo Santos Montejo.comienzan a emitirse programas de narraciones e historias..agencia de Alberto Mejía .radiales “RCN”, “Caracol” y “Todelar”.origen de Internet.2.095.006.005 millones de navegantesse estimaron para marzo de 2011 anivel mundial.El estilo visualEl mensaje“Las Empresas”, término como eraconocida EPM, se congratulaba con lacomunidad y la hacía participe de loséxitos y celebraciones de la ciudad.Décadas del 50 y 60La comunicación era dirigida porcampañas que hacían uso de unlenguaje común, coloquial. Su fin era lainstrucción y la educación sobre el usode los servicios públicos.•Mas alegría en la ciudad graciasa la electricidad (1963)•Energía para el disfrute y laseguridad.La identidad gráficaEl logotipo, una suerte de símil de escudoheráldico, impreso más como laconsecuencia de la aplicación de unsello de imprenta que como unacertificación de la identidad de marca.Registrado en ocasiones con contorno yotras sin el mismo, presentaban erroresde continuidad y de calidad de laimpresión. En algunas publicaciones laversión de impresión era negativa conerrores de registro y calidad.Usos de tipografías en altas y bajas, elestilo mezclaba la técnica de ilustraciónsobre fotografía.En sus inicios las representacionesgráficas se basaban en un tipo deilustración manual, con mensajesanecdóticos y complementados concomposiciones realizadas porfotomontajes.A finales de los años 60 se realzaronalgunas piezas gráficas con referentes alcartelismo europeo mezclado con trazosdel Art Deco.Los años 70, 80 y 90El mensajeEl lenguaje de la marca es emitida concontenidos que generan referentesaspiracionales que evocan laposibilidad del progreso familiar y deconvertirse en miembros activos de lacomunidad. La publicidad se refiere auna relación de doble vía, en la cualEPM da testimonio de la inversiónrealizada para el mejoramiento de lainfraestructura, garantizando a lacomunidad las condiciones necesariaspara su desarrollo.Se publican campañas instructivassobre el uso racional de los serviciospúblicos y los consumos en el hogar.Entre 1970 y 1971 aparece incluido comotema de campaña el concepto deasociar los servicios con un valor“intangible” la variable “tiempo”presentada como el quinto servicioofrecidos por EPM.En 1980 el eslogan o lema publicitariomejor posicionado durante este períodofue: “Fuente vital de bienestar yprogreso”.La identidad gráficaLa infografía predomina en la mayoríade los impresos comenzando unproceso instructivo a través del diagramailustrativo que representa los procesosde infraestructura, generación yconducción domiciliaria de los serviciospúblicos.Cada vez con mayor frecuencia serecurre al uso de la fotografía y a lastécnicas digitales como instrumentospara representar conceptos subjetivos ointangibles como bienestar, felicidad yparticipación ciudadana.El estilo visualDurante los años 90 y comoconsecuencia directa del arribo de lainformática a la publicidad y laherramienta de diseño asistido porcomputador, los impresos denotan lamayor variedad de estilos visuales conun agotamiento de técnicas digitalessobre los productos impresospublicitarios. Composiciones conexcesos efectistas y alegorías noobjetivas que se desvirtuaban delmensaje de comunicación.En este período el logotipo fue sometidoa una revisión temporal que le permiteadquirir cierta estabilidad como respaldode marca en el cierre de las campañas.La red de servicios y productos esasociada de forma errónea, sinlineamientos de marcas, lo que exhibecomo resultado un mal posicionamientode la marca.El mensajeEl tono de voz. EPM se expresa comoun amigo cercano que procura el biencomún. EPM es visto como una clasede mecenas que posibilita confiar en unfuturo sostenible.Los mensajes se centran en el tema dela transformación y la posibilidad delprogreso. Una visión de futurofundamentada en grandes objetivosempresariales.Los años 90 al 2007Varios lemas publicitarios se anuncianen diferentes campañas. Ejemplos:•Usted es nuestra razón de ser•Empresas Públicas de Medellín.Mejores servicios día a día para lacomunidad•Conéctate a lo legal.La publicidad se refiere a lasexpresiones, sensaciones y sentimientosque las personas pueden experimentar.Ejemplos:•Huele la luz, mira la luz, toca la luz,escucha la luz, saborea la luz… Todoslos sentidos. EPM•Nos quitaron la luz pero no la energía.•Servicios únicos para más públicos•Valores del presente para vivir el futuro.La identidad gráficaEl logotipo o emblema de EPM seconsolida de una forma más estable alacoger ciertos lineamientos de usoregulados por un manual de marcabásico. Sin embargo, la lectura eidentificación por parte de la comunidadcomienza a perder valor por representarconceptos no favorables relacionadoscon la expresión de la marca.Se da inicio al estudio de arquitectura dela marca EPM.El estilo visualLa publicidad de este período representaa la comunidad y a los diferentes gruposde interés que EPM atiende.Empresarios, familias, profesionales,jóvenes y niños comienzan a dialogar y aexpresar sus percepciones de losbeneficios del servicio. Es una publicidadfresca y cercana a la realidad quetransforma a la ciudad como unaprotagonista de los cambios sociales yculturales del país. La estética es icónicay principalmente basada en el retrato.La identidad gráficaUna imagen renovada fundamentada enlos valores del pasado y de la regiónpero con visión de futuro fundamentauna nueva marca, EPM estamos ahí.Decir EPM es recordar que siempre haestado y estará al lado de su gente comoalguien muy cercano que habla susmismas palabras y reconoce los sueñosde la gente, sus historias. Es unaidentidad que manifiesta los objetivosde continuo crecimiento, suinternacionalización y la proyecciónsocial.Así es la imagen de EPM:Más colombiana y más internacional.Más empresarial.Más fuerte y unificada.Más moderna y actualMás cercana, humana, abierta y social.2007. Una nueva identidad de marcaEl mensajeEstamos Ahí, es el lema que define elposicionamiento e invita a demostrarque como Grupo EPM se encuentra allado de la gente, en un viajepermanente hacia el futuro.La visión de la marca de EPM expandeel nombre y proyecta la experiencia dela marca regional, desde dentro haciafuera. Una visión que hace coincidir losvalores de la identidad y los valores deuna marca global.El estilo de comunicación refleja lavisión y la voz de lo que es normal ycorriente. Los mensajes deben mostrarla cotidianidad, pero poniendo enevidencia la maravilla de las pequeñascosas que no advertimosFuentes de investigación /bibliografíaEl estilo visualSon estilos tipográficos y visualesminimalistas y sin artificios, franco,directo y desenvuelto. Sencillo, familiar,doméstico y natural. Las imágenesaudiovisuales transmiten un tono casual,espontáneo y cotidiano en formacinematográfica, como una secuenciacontinua de cotidianidad, con susmomentos repetidos, habituales. Lalocución introduce la parte racional delmensaje y la música lo pautaemocionalmente introduciendo un leitmotiv conductor.(Un Leitmotiv es una herramienta artísticaque, unida a un contenido determinado,se utiliza de forma recurrente a lo largode la obra de arte terminada. Tiene suorigen en la música, más concretamenteen la ópera, pero ha sido ampliado amuchos otros campos, tanto artísticoscomo sociales o económicos (entre ellosel marketing)Bibliografía digitalLa televisión en Colombia . Publicado el 10 de febrero de 2012http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/exhibiciones/historia_tv/1953.htmLa radio en Colombia. Publicado el 10 de febrero de 2012http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/ayudadetareas/periodismo/per74.htmBibliografíaDiseñar para los ojos. Joan Costa. Grupo editorial design. Abril, 2003).Manuales de identidad de Marca Subdirección de Identidad Emprsarial. 2007.Publicado en Internet en marzo 5 de 2012http://www.exitoexportador.com/stats.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Internet

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