El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Realiza los cálculos hidráulicos, la estimación de las dotaciones, la máxima demanda simultánea, el volumen de la cisterna, los equipos de bombeo y, el diseño de las redes de agua potable y alcantarillado, para dar condiciones de salubridad a la población involucrada en las actividades del Centro de Producción Pachacámac de la Compañía Peruana de Radiodifusión S.A. Debido a que la zona, actualmente, no cuenta con red pública de agua se opta por el aprovechamiento de agua subterránea. De los resultados del estudio hidrogeológico realizado y conociendo las características del acuífero de la zona, se ha previsto para el abastecimiento de agua, la perforación de un pozo tubular de 40m de profundidad. El agua subterránea aprovechada, ingresará a una Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) y, una vez potabilizada, será impulsada hacia una cisterna de almacenamiento de 50 m3 (cincuenta metros cúbicos) de capacidad destinada para el consumo doméstico. Una vez almacenada, el agua potable será impulsada hacia los diferentes servicios a través de un sistema de bombeo de presión constante. El agua residual y el sistema de recolección de desagües, será a través de montantes ubicadas en los diferentes sectores del Centro de Producción, los cuales descargarán por gravedad hacia cajas de registro, buzones, cámaras de bombeo y, posteriormente, hacia una planta de tratamiento cuyos efluentes serán tratados y reutilizados para riego. / Trabajo de suficiencia profesional

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Investiga y compila los conocimientos necesarios, que permitan comprender el comportamiento de las pulpas en tuberías de impulsión, con la finalidad de poder diseñar sistemas de transporte de agua con contenidos altos de sólidos finos suspendidos que tengan una adecuada confiabilidad reduciendo la probabilidad de un posible impacto ambiental. / Trabajo de suficiencia profesional

The present work makes a study of the drag forces of umbilical cables of pipes inspection robots and aims to determine a valid model for their calculation. For this purpose, the physical models are developed in relation to the friction forces for the straight and curved sections in all their possible configurations, obtaining for each case a differential equation that models the friction phenomenon and that includes fluid and cable the characteristics. By solving the differential equation, an explicit expression is obtained for the value of the frictional force in each case. In the present work, the obtained model is evaluated in comparison with the traditional simplified model. It is also presented a study about the influence of the stiffness of the cable and how this characteristic generates the forces of the normal general forces at the ends of the curves that, finally, result in an additional component of the frictional forces. By comparison with actual drag force measurements, the model obtained is validated. The complexity of the calculations required for the determination of the pull forces in real pipes makes it necessary to use software tools to facilitate it. For this reason, two software applications are developed, one specific for rigid pipes and another one for flexible pipes. A series of strategies of how to keep low the maximum value of the cable tension are presented too. / El presente trabajo se dedica al estudio de fuerzas de arrastre de cables umbilicales de robot de inspección o desobstrucción de tuberías y tiene como objetivo la determinación de un modelo válido para el cálculo de las mismas. Para tal fin, se desarrollan los modelos físicos en relación a las fuerzas de rozamiento presentes para tramos rectos y curvas en todas sus configuraciones posibles, obteniéndose así, para cada caso, una ecuación diferencial que modela el fenómeno del rozamiento y que incluye las variables propias del fluido presente y las características pertinentes del cable. Mediante la resolución de esa ecuación diferencial, se obtiene una expresión explícita para el valor de la fuerza de rozamiento en cada caso. En el presente trabajo, el modelo obtenido es evaluado mediante comparación con el modelo simplificado tradicional de manera de ver los alcances del nuevo modelo. Se realiza también una presentación de la influencia que tiene la rigidez del cable y como esta rigidez a la flexión genera fuerzas normales adicionales en los extremos de las curvas que redundan finalmente en una componente adicional de las fuerzas de fricción. Mediante comparación con mediciones reales de fuerza de arrastre se valida el modelo obtenido Dada la complejidad de los cálculos requeridos para la determinación de las fuerzas de arrastre de tuberías reales se desarrollan dos aplicaciones de software para el cálculo de las mismas, una específica para tuberías rígidas y otra para tuberías flexibles utilizando algoritmos de cálculo basados en las ecuaciones determinadas. Son presentadas también, una serie de estrategias de forma de mantener acotado el valor máximo de la tensión de cable. Dentro de las estrategias están la elección de materiales de recubrimiento de cable que presenten un bajo coeficiente de fricción con la tubería, la adopción de cables cuyo peso específico sea tal que el peso se iguale a la fuerza de empuje y la incorporación de varios dispositivos de tracción del cable de modo de mantener bajas las contra tensiones del cable utilizando un sistema distribuido de empuje.

Offshore oil production presents major challenges due to extreme environmental conditions. With present state of the art robotics, precision mechanics and automation it is now possible to provide solutions to those working conditions. The present work is part of a solution to the problem of the unblocking a subsea oil pipeline of small diameter and extensive length by designing and manufacturing a robot capable of moving inside the pipeline. Based on the previous study of an interdisciplinary group, the implementation of an umbilical cable was defined with the purpose of assuring the supply of electrical power for the robot’s energy requirements, control signals and a mechanical link to avoid the possibility of getting stuck. Similarly, the robot's movement strategy was defined based on a high reliability mechanism, capable of overcoming the great tension resulting from the interaction of the long umbilical cable with the inside of the pipe. In this work, the mechanical design is performed to implement a robot capable of overcoming big cable tensions with small components, integrating commercial components and others custom made. A solution was implemented to convert the electric power received through the cable to the mechanical power in the form required by the displacement mechanism. For this, a detailed engineering design is presented that integrates a high performance electric motor, a two-stage planetary gear transmission for high reduction ratio, a power split transmission driven by disc clutches and a mechanical power distribution stage required by the mechanism responsible for the displacement. / La producción de petróleo offshore presenta grandes desafíos por las condiciones en que se lleva a cabo, actualmente es posible darle solución con la ayuda de la robótica, la mecánica de precisión y la automatización. El presente trabajo es parte de una solución al problema de la desobstrucción en una tubería de petróleo submarina de pequeño diámetro y largo tendido mediante el diseño y la construcción de un robot capaz de trasladarse por el interior de la misma. En base al estudio previo de un grupo interdisciplinario se definió la implementación de un cable umbilical con el propósito de asegurar el suministro de potencia eléctrica para los requerimientos de energía de robot, el enlace de señales destinadas al control y un vínculo mecánico para proveer seguridad ante un eventual desperfecto. Similarmente se definió la estrategia de movimiento del robot en base a un mecanismo de alta confiabilidad, capaz de vencer una gran tensión producto de la interacción del largo cable umbilical con el interior de la tubería. En este trabajo se realiza el diseño mecánico para implementar un robot capaz de realizar grandes esfuerzos con componentes de tamaño reducido, integrando componentes comerciales y otros hechos a medida. Para ello, se implementó una solución para convertir la potencia eléctrica recibida a través del cable a la potencia mecánica en la forma requerida por el mecanismo que da lugar al movimiento. Para dicha solución se presenta un diseño detallado que integra un motor eléctrico de alto desempeño, una transmisión planetaria reductora de dos etapas, una transmisión inversora accionada por embragues de discos y una etapa de distribución de potencia mecánica requerida por el mecanismo responsable del movimiento.

The present work makes a study of the drag forces of umbilical cables of pipes inspection robots and aims to determine a valid model for their calculation. For this purpose, the physical models are developed in relation to the friction forces for the straight and curved sections in all their possible configurations, obtaining for each case a differential equation that models the friction phenomenon and that includes fluid and cable the characteristics. By solving the differential equation, an explicit expression is obtained for the value of the frictional force in each case. In the present work, the obtained model is evaluated in comparison with the traditional simplified model. It is also presented a study about the influence of the stiffness of the cable and how this characteristic generates the forces of the normal general forces at the ends of the curves that, finally, result in an additional component of the frictional forces. By comparison with actual drag force measurements, the model obtained is validated. The complexity of the calculations required for the determination of the pull forces in real pipes makes it necessary to use software tools to facilitate it. For this reason, two software applications are developed, one specific for rigid pipes and another one for flexible pipes. A series of strategies of how to keep low the maximum value of the cable tension are presented too. / El presente trabajo se dedica al estudio de fuerzas de arrastre de cables umbilicales de robot de inspección o desobstrucción de tuberías y tiene como objetivo la determinación de un modelo válido para el cálculo de las mismas. Para tal fin, se desarrollan los modelos físicos en relación a las fuerzas de rozamiento presentes para tramos rectos y curvas en todas sus configuraciones posibles, obteniéndose así, para cada caso, una ecuación diferencial que modela el fenómeno del rozamiento y que incluye las variables propias del fluido presente y las características pertinentes del cable. Mediante la resolución de esa ecuación diferencial, se obtiene una expresión explícita para el valor de la fuerza de rozamiento en cada caso. En el presente trabajo, el modelo obtenido es evaluado mediante comparación con el modelo simplificado tradicional de manera de ver los alcances del nuevo modelo. Se realiza también una presentación de la influencia que tiene la rigidez del cable y como esta rigidez a la flexión genera fuerzas normales adicionales en los extremos de las curvas que redundan finalmente en una componente adicional de las fuerzas de fricción. Mediante comparación con mediciones reales de fuerza de arrastre se valida el modelo obtenido Dada la complejidad de los cálculos requeridos para la determinación de las fuerzas de arrastre de tuberías reales se desarrollan dos aplicaciones de software para el cálculo de las mismas, una específica para tuberías rígidas y otra para tuberías flexibles utilizando algoritmos de cálculo basados en las ecuaciones determinadas. Son presentadas también, una serie de estrategias de forma de mantener acotado el valor máximo de la tensión de cable. Dentro de las estrategias están la elección de materiales de recubrimiento de cable que presenten un bajo coeficiente de fricción con la tubería, la adopción de cables cuyo peso específico sea tal que el peso se iguale a la fuerza de empuje y la incorporación de varios dispositivos de tracción del cable de modo de mantener bajas las contra tensiones del cable utilizando un sistema distribuido de empuje.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Elabora un estudio detallado para el suministro de agua potable y alcantarillado, los cuales funcionen de manera óptima, brindando un servicio continuo y de calidad en beneficio de la población de la ciudad de Paratia. Evalúa y realiza el diagnóstico del servicio existente de agua potable y alcantarillado. Diseña los diferentes componentes hidráulicos del sistema proyectado de agua potable y alcantarillado. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Expone la ejecución de las obras del Proyecto de Mejoramiento Sanitario de las Áreas Marginales de Lima – Lotes 1, 2 y 3, está constituido básicamente por la construcción de una bocatoma de 10m 3 /s (mas el 20%) de capacidad en el Río Rímac a la altura de Huachipa, una Planta de Tratamiento de 5m 3 /s de capacidad inicial, y una conducción por gravedad a presión denominada Ramal Norte de aproximadamente 27.14 km de longitud, incluyendo 9.5 km de túneles y 4 reservorios de compensación de volúmenes comprendidos entre los 2000 m 3 y los 9000 m 3 de capacidad. La población que específicamente estaría dentro del área a ser beneficiada directamente por el agua proveniente del Ramal Norte seria la ubicada en parte de los distritos de Lurigancho, San Juan de Lurigancho, Comas, Los Olivos y Puente Piedra, y dependiendo del alcance de las obras complementarias, parte de los distritos de Independencia, Carabayllo, San Martin de Porres, Ventanilla y el Callao. La población estimada que se beneficiaría con el proyecto sería del orden de 2 400 000 de habitantes. La arquitectura hidráulica de la Línea de Conducción Ramal Norte; presenta una disposición general constituida por los siguientes componentes: Línea de Conducción, Líneas y Puntos de Derivación, Reservorios de Compensación, Cámara Reductora de Presión. / Trabajo de suficiencia profesional

Advances in information technology in the past two decades have seen innovations in the field of domestic and industrial computing that led to a paradigm shift in the management and operation of urban water systems by water utility companies. The traditional public management policy that focused on ensuring a minimum quality of service regardless of the costs associated with the processes of catchment, treatment and distribution of water, in many cases even unknown, have evolved towards more efficient cost sensitive models. These new wholly or partly public funded management systems improve not only the quality of service offered to users, but also optimize resources by reducing the cost and causing the minimum environmental impact. The new challenges raised by the European Water Framework1 Directive by imposing cost recovery to improve water efficiency and environmental sustainability have led to a significant change at all levels of water management. Consequently, new priorities have been established in terms of infrastructure management that require the reduction of water losses and the improvement of the water efficiency in urban networks for human consumption. Likewise, in a broader context which includes the water--energy binomial, it is also desirable to improve the energy efficiency and carbon emissions of these systems. Today, network sectoring is the most commonly used strategy to improve management and increase network performance. It basically consists of dividing the network into several smaller hydraulic sectors, where water inlets and outlets are perfectly controlled. This simplifies the task of carrying out periodic water balances in each of the sectors, and allows water loss volume to be assessed for a given period of time. As configuring network sectors is not a trivial task, it is therefore important to have appropriate tools to perform the task efficiently and effectively. Mathematical models can play an important role as decision support tools to help water managers assess the performance of water network distribution systems. This thesis aims to address the current problems of managing urban water networks by combining new information-processing technologies with innovative network modelling techniques. It intends to facilitate the system diagnosis and extend the use of models on the decision-making process to provide better solutions to the management of urban water networks. For this purpose a software extension that works on a geographic information system (GIS) has been developed. It integrates: the hydraulic and water quality simulation program EPANET 2, innovative tools for model analysis and diagnostic, automatic tools for sectoring and computing tools to conduct water balances in the sectors using actual measurements. The work demonstrates the compatibility and complementarity of GIS and hydraulic models as technologies that can be used to support the assessment and diagnosis of water distribution networks. Considering that the majority of information linked to the network system has some geographic reference, it is not surprising that GIS has become a popular tool for dealing with such information. At the same time, the integration of mathematical modelling and simulation tools, offers the GIS a new dimension in the realm of hydraulic study of water networks. Furthermore, if this specific integration is provided with new features aimed not only to facilitate the model building, but also to assist the user in decision-making using powerful algorithms based on the application of the graph theory, the result is a powerful up-to-date analytical tool, which opens up new possibilities in the field of management and efficient operation of urban water supply systems. / Bartolín Ayala, HJ. (2013). Confección de modelos de redes de distribución de agua desde un Sig y desarrollo de herramientas de apoyo a la toma de decisiones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33152

Tesis por compendio / [ES] El riego desempeña un papel vital en la agricultura productiva y sostenible. En el contexto actual, está determinado no solo por la disponibilidad de agua, sino también por la gestión eficiente de los recursos. Varios autores han intentado medir el desempeño de las redes de riego a través de diversos enfoques en términos de indicadores técnicos. En aras de impulsar el desarrollo sostenible en el dimensionamiento en redes de riego presurizadas, se evaluaron modelos de diferentes autores para discutir las ventajas y desventajas a considerar en futuras metodologías, garantizando la operación óptima de la red y mejorando la sostenibilidad. Para el desarrollo de dicha metodología, el paso inicial será la realización de una revisión del estado del arte de los métodos de diseño de redes. Una vez establecida la metodología se desarrollará la auditoría de diseño a través de la asignación de indicadores para diseño y gestión cuantificando su impacto en términos energéticos y de sostenibilidad. Por último, se aplicará a casos reales y ser integrará como parte de una herramienta para la mejora energética en sistemas de distribución. En esta tesis se presenta el desarrollo de una metodología integral para el diseño y análisis de redes de riego presurizadas, centrada en la optimización de la distribución de caudales y en la mejora de los indicadores de sostenibilidad técnica, económica y ambiental. La investigación se divide en varias etapas clave que abarcan desde la revisión del estado del arte hasta la aplicación práctica de la metodología desarrollada. (i) Contextualización: Primero, se realizó una revisión exhaustiva del estado del arte de los métodos existentes de diseño y análisis de redes de riego. Este análisis permitió identificar las limitaciones y áreas de mejora en las metodologías actuales, sentando las bases para el desarrollo de un modelo analítico avanzado. (ii) Desarrollo metodológico: En la segunda etapa, se estableció una metodología para desarrollar un modelo analítico capaz de evaluar y optimizar la distribución de caudales en las redes de riego. Paralelamente, se desarrolló una auditoría de diseño que utiliza indicadores específicos de diseño y gestión para evaluar el impacto en términos de eficiencia energética y sostenibilidad. Esta metodología fue validada mediante pruebas iniciales que demostraron su robustez y adaptabilidad. (iii) Aplicación a casos de estudio: En la etapa final, la metodología desarrollada fue aplicada a casos reales utilizando datos experimentales, lo que permitió comprobar su efectividad en situaciones prácticas. Además, se desarrolló una herramienta práctica basada en esta metodología, diseñada para facilitar la mejora energética de los sistemas de distribución de riego. Los resultados obtenidos a lo largo de esta investigación fueron publicados en 3 publicaciones en revistas indexadas en JCR. Los resultados de la contextualización se presentan en la Publicación I, sentando las bases para los siguientes pasos y el proceso de investigación. El desarrollo de la metodología correspondió a la Publicación II y estuvo compuesta de dos pasos paralelos. El primer paso fue establecer una metodología de desarrollo de modelos analíticos para evaluar las distribuciones de caudal. Se empleó un enfoque multicriterio, incorporando varios factores técnicos y ambientales para asegurar un diseño sostenible. El segundo paso consistió en la implementación de una auditoría de diseño, asignando indicadores de energía y sostenibilidad para medir el impacto de las decisiones de diseño. La Publicación II y la Publicación III contenían los resultados para las aplicaciones prácticas. El desarrollo metodológico se aplicó al estudio de caso y sus resultados se incluyeron en la Publicación II. Luego, en la Publicación III, se desarrolló una herramienta para la mejora energética en los sistemas de distribución y se aplicó a los estudios de caso, aumentando así la eficiencia y la sostenibilidad en el caso de estudio. / [CA] El reg exercix un paper vital en l'agricultura productiva i sostenible. En el context actual, està determinat no sols per la disponibilitat d'aigua, sinó també per la gestió eficient dels recursos. Diversos autors han intentat mesurar l'acompliment de les xarxes de reg a través de diversos enfocaments en termes d'indicadors tècnics. A fi d'impulsar el desenrotllament sostenible en el dimensionament en xarxes de reg pressuritzades, es van avaluar models de diferents autors per a discutir els avantatges i desavantatges a considerar en futures metodologies, garantint l'operació òptima de la xarxa i millorant la sostenibilitat. Per al desenrotllament d'esta metodologia, el pas inicial serà la realització d'una revisió de l'estat de l'art dels mètodes de disseny de xarxes. Una vegada establida la metodologia es desenrotllarà l'auditoria de disseny a través de l'assignació d'indicadors per a disseny i gestió quantificant el seu impacte en termes energètics i de sostenibilitat. Finalment, s'aplicarà a casos reals i ser integrarà com a part d'una ferramenta per a la millora energètica en sistemes de distribució. En esta tesi es presenta el desenrotllament d'una metodologia integral per al disseny i anàlisi de xarxes de reg pressuritzades, centrada en l'optimització de la distribució de cabals i en la millora dels indicadors de sostenibilitat tècnica, econòmica i ambiental. La investigació es dividix en diverses etapes clau que abasten des de la revisió de l'estat de l'art fins a l'aplicació pràctica de la metodologia desenrotllada. (i) Contextualització: Primer, es va realitzar una revisió exhaustiva de l'estat de l'art dels mètodes existents de disseny i anàlisi de xarxes de reg. Esta anàlisi va permetre identificar les limitacions i àrees de millora en les metodologies actuals, establint les bases per al desenrotllament d'un model analític avançat. (ii) Desenrotllament metodològic: En la segona etapa, es va establir una metodologia per a desenrotllar un model analític capaç d'avaluar i optimitzar la distribució de cabals en les xarxes de reg. Paral·lelament, es va desenrotllar una auditoria de disseny que utilitza indicadors específics de disseny i gestió per a avaluar l'impacte en termes d'eficiència energètica i sostenibilitat. Esta metodologia va ser validada mitjançant proves inicials que van demostrar la seua robustesa i adaptabilitat. (iii) Aplicació a casos d'estudi: En l'etapa final, la metodologia desenrotllada va ser aplicada a casos reals utilitzant dades experimentals, la qual cosa va permetre comprovar la seua efectivitat en situacions pràctiques. A més, es va desenrotllar una ferramenta pràctica basada en esta metodologia, dissenyada per a facilitar la millora energètica dels sistemes de distribució de reg. Els resultats obtinguts al llarg d'esta investigació van ser publicats en 3 publicacions en revistes indexades en JCR. Els resultats de la contextualització es presenten en la Publicació I, establint les bases per als següents passos i el procés d'investigació. El desenrotllament de la metodologia va correspondre a la Publicació II i va estar composta de dos passos paral·lels. El primer pas va ser establir una metodologia de desenrotllament de models analítics per a avaluar les distribucions de cabal. Es va emprar un enfocament multicriteri, incorporant diversos factors tècnics i ambientals per a assegurar un disseny sostenible. El segon pas va consistir en la implementació d'una auditoria de disseny, assignant indicadors d'energia i sostenibilitat per a mesurar l'impacte de les decisions de disseny. La Publicació II i la Publicació III contenien els resultats per a les aplicacions pràctiques. Esta investigació contribuïx significativament a l'avanç de la gestió eficient dels recursos hídrics en l'agricultura, promovent pràctiques més sostenibles i responsables. / [EN] Irrigation plays a vital role in productive and sustainable agriculture. In the current context, it is determined not only by water availability but also by the efficient management of resources. Several authors have attempted to measure the performance of irrigation networks through various approaches in terms of technical indicators. To promote sustainable development in the sizing of pressurized irrigation networks, models from different authors were evaluated to discuss the advantages and disadvantages to be considered in future methodologies, ensuring optimal operation of the network and improving sustainability. To develop this methodology, the initial step will be to review the state of the art of network design methods. Once the methodology is established, the design audit will be developed by assigning indicators for design and management, quantifying their impact in terms of energy and sustainability. Finally, it will be applied to real cases and integrated as part of a tool for energy improvement in distribution systems. This thesis presents the development of a comprehensive methodology for designing and analyzing pressurized irrigation networks, focused on optimizing flow distribution and improving technical, economic, and environmental sustainability indicators. The research is divided into several key stages, from reviewing the state of the art to applying the developed methodology. (i) Contextualization: First, a comprehensive review of the state of the art of existing methods of irrigation network design and analysis was carried out. This analysis allowed identifying the limitations and areas for improvement in current methodologies, laying the foundations for developing an advanced analytical model. (ii) Methodology development: In the second stage, a methodology was established to develop an analytical model capable of evaluating and optimizing flow distribution in irrigation networks. In parallel, a design audit was developed using specific design and management indicators to assess the impact of energy efficiency and sustainability. This methodology was validated through initial tests that demonstrated its robustness and adaptability. (iii) Application to case studies: In the final stage, the developed methodology was applied to real cases using experimental data, which allowed its effectiveness to be verified in practical situations. In addition, a practical tool based on this methodology was developed and designed to facilitate the energy improvement of irrigation distribution systems. The results obtained throughout this research were published in 3 publications in JCR-indexed journals. The contextualization corresponds to results presented in Publication I, setting the foundation for the following steps and the research process. The methodology development corresponded to Publication II and consisted of two parallel steps. The first step was establishing an analytical model development methodology for evaluating flow distributions. A multi-criteria approach was employed, incorporating various technical and environmental factors to ensure a sustainable design. The second step consisted of a design audit implementation, assigning energy and sustainability indicators to measure the impact of design decisions. The results confirm that the proposed methodology is viable and effective and significantly improves sustainability and energy efficiency in pressurized irrigation networks. This research contributes significantly to the advancement of the efficient management of water resources in agriculture, promoting more sustainable and responsible practices. / García Espinal, MA. (2024). Methodological Development based on the Analysis of Flow Distributions to Improve the Design and Management of Pressurized Irrigation Networks Focused on Improving Sustainability [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213417 / Compendio