5.3.1 Aplicacion de Software Watercad v8 Ejemplo 1

7/23/2019 5.3.1 Aplicacion de Software Watercad v8 Ejemplo 1

1/22

125

5.3. Ejemplos de Aplicacin con WaterCad

5.3.1. Construccin de una Red de Riego Incluyendo Reservorio, Bomba y Vlvulas

5.3.1.1 Objetivo General

Usando el sistema hidrulico de distribucin de agua de riego del proyecto La Zaranda como se

muestra en la figura de abajo, construiremos un modelo conteniendo un reservorio, una

bomba y una vlvula reductora de presin (VRP).

Vamos a llevar a cabo dos simulacionesque nos permitirn analizar el comportamiento del

sistema hidrulico de distribucin de agua de riego del proyecto La Zaranda, el primer

escenario contar con la demanda de Todos los Turnos, y el segundo tendr una demanda que

solo corresponder al Turno I.

Las tuberas del sistema son de PVC y son prcticamente nuevas ya que estamos efectuando el

diseo por lo cual le asignaremos un coeficiente de rugosidad C (Hanzen-Williams) de 140.

Red Hidrulica Proyecto La Zaranda


2/22

126

5.3.1.2 Objetivos Especficos del Taller

Despus de completar este taller, usted deber ser capaz de realizar en WaterCAD

Familiarizarse con la interfaz de WaterCAD

Trazar una red de riegos e ingresar los datos de los elementos Configurar prototipos de los elementos

Ingresar definicin de bomba y datos complementarios

Modelar vlvula reductora de presin (VRP)

5.3.1.3 Creacin de un nuevo proyecto de WaterCAD

1. En su escritorio, haga Doble click en el

icono de WaterCAD V8 XM o dirjase al

botn de icono /Programas/

Bentley/para encontrar el acceso directo.

A continuacin recibir la siguiente

ventana de bienvenida.

2. Click en Create a New Project. Si la

ventana de bienvenida no estuviera

abierta seleccione el men File/New.

3. Una vez el nuevo proyecto haya sido

creado, dirjase al men File/Save As.

Nombre el proyecto como Taller1

_Lazaranda_[iniciales]. WTGy haga Click

en el botn Save.

5.3.1.4 Configuracin de las propiedades del proyecto (Opcional).

Un primer paso recomendable ser ingresar las propiedades del proyecto. Aunque esto no es

obligatorio, siempre es recomendable agregar informacin relativa y notas adicionales al

modelo y/o proyecto.

1. Haga click en el Nenu File/Proyect Properties.

2. En el cuadro de dialogo ingrese una

informacin ms descriptiva del ttulo que

tendr este proyecto, del nombre del

ingeniero proyectista, su empresa.

Finalmente, tiene un campo de Notas donde

puede agregar observaciones que faciliten la

revisin del modelo por parte de una tercera

persona. Haga click en una vez

completada la informacin.


3/22

127

5.3.1.5 Definicin de Opciones del Proyecto.

A continuacin, ser necesario definir algunas opciones generales y de dibujo del

proyecto antes de comenzar el dibujo del sistema de riego.

1.

Haga click en el Menu Tools/ Options.2. En la pestaa Unitsvaya al men desplegable Reset Defaultsy seleccione sistema

internacional (System International), para asegurarse que este ser el sistema de

unidades que por defecto adoptara cada parmetro.

3. En este taller trabajaremos a escala (es decir, la longitud en el dibujo es la real).

Seleccione la pestaa Drawingy defina el modo de dibujo (Drawing Mode) como

escala (Scaled) y seleccione los multiplicadores de tamao de smbolos y

anotaciones como 5.0 tal y como se ilustra a continuacin:


4/22

128

4. Finalmente, haga click en Ok para aceptar los cambios realizados.

Nota:Al escoger la opcin de dibujo a escala, esto implicara que las longitudes de la

tubera sern calculadas automticamente por el programa.

Siempre deber tener en cuenta que al crear nuevos modelos es necesario en primera

instancia definir la configuracin bsica del proyecto.

WaterCAD V8 XM, tiene la capacidad de trabajar con varios fluidos a diferentes

temperaturas al igual que con diferentes mtodos de friccin.


5/22

129

Para definir las operaciones de clculo, abra

el cuadro de dialogo Calculation Optionsque

se encuentra en el men Analysiso presione

[Alt+3].

Sobre la categora Steady State/EPS Solver

(opciones de clculo para rgimen

permanente) haga doble click sobre baseCalculations Options para desplegar la

ventana de propiedades.

En este caso aceptaremos las

configuraciones por defecto. Esto es la

Ecuacin de Hazen Williamscomo mtodo

de friccin, y como lquido agua a 20 grados

C.

Los valores intrnsecos del fluido proceden

de las libreras de ingeniera previamentecreadas en el programa, pero esta librera

puede ser personalizada por el usuario.

Como se ve a continuacin, el programa ofrece la posibilidad de determinar prototipos

para cada uno de los elementos de WaterCAD.


6/22

130

Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al

men Viewy seleccione Prototypes

En esta ventana usted puede determinar

prototipos para cada uno de los elementos deWaterCAD/GEMS especificando caractersticas

que sern ingresadas por defecto cada vez que

sea crear tantos prototipos como sea necesario.

Expanda la categora Pipe, haga click en el botn

New para crear el nuevo prototipo (escoja el

nombre de sus preferencia) y a continuacin

configuraremos este prototipo en la ventana de

propiedades.Como primera medida en la tabla de propiedades del prototipo, elegiremos tubera de

PVC como el Material. Para hacer esto seleccionaremos material en los parmetros

fsicos (Physical) y haremos click en el botn , y se desplegara esta nueva ventana

con la librera de materiales que al expandir la lista nos mostrara el material PVC.


7/22

131

Para seleccionar el material

simplemente haga click en el

botn .

Note que la rugosidad original

para las tuberas de PVC es de

150 segn la librera de

ingeniera de WaterCAD V8 XM.

Sin embargo dado que la tubera

es casi nueva vamos a cambiar la

rugosidad por 140. Esto se

realiza en el campo Hazen-

Williams C.

Para definir el dimetro del

Prototipo de tuberas

definiremos 110 mm, as mismo

definimos como Falsa a la

pregunta de si la longitud estar

definida por el usuario (Has User

Defined Lengt?), con ello

establecemos que las longitudes

se definirn en la misma rea dedibujo segn el mapa de fondo

[Backgroud Layers].

En el men desplegable principal File selecciones Save y Digite Ejemplo1_Lazarandaen el

campo File Namepara nombrar el archivo. Luego haga click en Savepara guardar el archivo.


8/22

132

5.3.2.2. Construccin del modelo

Dibuje el siguiente sistema de riego con las herramientas de dibujo.

Pistas:

- Empiece dibujando los nodos J-1, J-2 hasta J-7, luego nuevamente empiece

nuevamente a dibujar los nodos J-8, J-9 hasta J-11, as sucesivamente dibuje todos los

nodos, hasta el J-44, tenga mucho cuidado en la numeracin y ubicacin de los nodos

segn las parcelas o sub unidades de riego.

-

Luego dibuje las tuberas P-1, P-2, P-3, iniciando del nodo J-16, luego al J-15 al J-11 y

finalmente al J-7. Respectivamente.

- Finalmente dibuje el Pozo como R-1, la Bomba como PMP-1, la vlvula como PRV -1 y

las tuberas P-44, P-45 y P-46.


9/22

133

Para ingresar los valores de elevaciones y demanda en nodos podramos hacer uso de distintas

herramientas o introducir cada dato a travs de la ventana de propiedades, en este caso

haremos uso del centro de control de demandas (para el ingreso de demanda) y de los

reportes tabulares (para el ingreso de elevaciones). Los datos a usar aparecen en la siguiente

tabla:

Datos para los nodos

Nodo

Elevacin (m)

(Elevation)

Demanda (l/s)

(Base Flow)

J-1 10.00 5.24

J-2 10.00 3.97

J-3 10.50 5.24

J-4 10.50 3.94

J-5 10.50 5.24

J-6 10.50 3.94

J-7 10.75 3.94

J-8 10.00 7.44J-9 10.25 8.12

J-10 10.50 8.12

J-11 11.00 8.12

J-12 10.50 7.54

J-13 10.50 7.54

J-14 10.75 7.54

J-15 11.75 7.54

J-16 11.50 7.76

J-17 11.75 4.14

J-18 11.75 4.17

J-19 11.50 4.31

J-20 11.50 4.38

J-21 11.50 3.37

J-22 11.50 1.84

Nodo

Elevacin (m)

(Elevation)

Demanda (l/s)

(Base Flow)

J-23 15.50 8.27

J-24 13.50 8.77

J-25 13.00 8.68

J-26 12.50 4.26

J-27 14.00 5.79

J-28 14.50 5.53

J-29 12.50 5.2

J-30 12.50 3.71J-31 10.25 4.21

J-32 11.50 6.4

J-33 12.50 8.55

J-34 13.00 10.07

J-35 11.25 7.68

J-36 11.50 7.71

J-37 11.75 1.71

J-38 10.50 6.41

J-39 10.50 3.54

J-40 10.50 3.45

J-41 10.50 3.39

J-42 10.50 2.22

J-43 10.50 4.16

J-44 10.50 3.15

Ejecute el Centro de Control de Demandas (Demand Control Center), que se encuentra como

botn en la barra de herramientas o como opcin en el Tools. Luego, bajo el men

desplegable del botn New, seleccione InitializeDemands for All Elements.

Para ingresar los valores de demanda nos aseguramos que las unidades estn en litros por

segundo.

Para tal fin, haga click con el botn derecho en la columna de demanda (Base Flow) y

seleccione Units and Formatting

Seleccione del men (l/s) como la unidad de demanda con 2 decimales de presin. Haga click

en Ok.

Finalmente introduzca los valores de demanda dados tal como se indica en la figura.


10/22

134

Haga click en el icono de reportes tabulares del men desplegable y seleccione el

reporte de nodos (Junction Table). En dicho reporte, ingrese las elevaciones para cada nodo.

Asegrese que los nombres de los nodos (J-1, J-2,etc.) coincidan con los indicados en las

tablas, as tambin como el orden de los mismos. Paro ordenar la lista de nodos simplemente

haga click derecho en la columna Label, y escoja la opcin ordenar (Sort)

Luego de introducir las elevaciones, la tabla de uniones debiera visualizarse de la siguiente

manera:


11/22

135

Cierre esta tabla. Vuelva a seleccionar el botn de los reportes tabulares, pero esta vez

seleccione Pipe Tabley presione OK. En estas tablas ingresara los valores de dimetro para las

tuberas.

Datos para las Tuberas

Tubo

Dimetro

Diameter

(mm) Tubo

Dimetro

Diameter

(mm) Tubo

Dimetro

Diameter

(mm) Tubo

Dimetro

Diameter

(mm)

P-1 160 P-13 140 P-25 110 P-37 110P-2 160 P-14 110 P-26 90 P-38 90

P-3 160 P-15 90 P-27 110 P-39 90

P-4 140 P-16 140 P-28 90 P-40 90

P-5 140 P-17 140 P-29 90 P-41 140

P-6 140 P-18 140 P-30 140 P-42 110

P-7 110 P-19 140 P-31 110 P-43 90

P-8 90 P-20 140 P-32 140 P-44 160

P-9 90 P-21 140 P-33 90 P-45 160

P-10 140 P-22 160 P-34 75 P-46 160

P-11 110 P-23 160 P-35 75

P-12 90 P-24 140 P-36 140


12/22

136

Si las tuberas aparecen en un orden diferente al mostrado en la tabla anterior, debe

organizarlas para no cometer errores. Para esto, haga click derecho en la columna Label.Luego

seleccione Sort y Ascending.

Esta es la tabla que Ud. Debera ver si ha ingresado los datos de las tuberas correctamente:

Para ingresar los datos de la vlvula reductora de presin, utilice tambin los reportes

tabulares, en este caso seleccionando PRV Report.

Datos para la vlvula reductora de presin

Vlvula Elevacin

(Elevation) (m)

Dimetro

(Diameter)

(mm)

Hydraulic Grade

Setting (Initial)

(m)

Direccin de

Flujo

(Downstream

Pipe)

Pressure

Setting

(Initial) (m

H2O)

PRV-1 11.5 160 42.05 P-45 --> P-46 30.5

A continuacin la tabla personalizada de vlvula con los datos completos.


13/22

137

Es posible, que debe hacer click en el botn Edit , el cual le permite personalizar su tabla

y agregar columnas adicionales. En este caso debemos ingresar el gradiente hidrulico de

configuracin de la vlvula (Hydraulic Grande Setting). Pregunte al instructor si tiene dudas

sobre como editar los reportes tabulares.

Para corregir el sentido de flujo de la

vlvula, ingrese a la ventana de

propiedades, haciendo click en la

misma sobre el dibujo. Y revise donde

se define la tubera aguas abajo

(Downstream). Este parmetro lo

podr encontrar en la categora

La vlvula tienen sentido desde el nodo

Upstreamhacia el nodo downstream.

Si la direccin no es la adecuada segn

la tabla anterior, cmbiela con la opcin

Reverse que aparecen en el men

desplegable.


14/22

138

A continuacin deberemos ingresar los datos de la bomba y el reservorio. En el caso de la

bomba, la curva caracterstica dada por el fabricante es la siguiente:

Datos para la bomba

Elevacin (m) -25.00

Curva caudal presinDescarga

(l/s)

Carga (m)

0.00 96.00

32.00 76.00

47.00 50.00

Para curva de eficienciaDescarga

(l/s)

Eficiencia

(%)

8.00 30.0

32.00 75.0

47.00 78.0

Para ingresar los datos de la bomba se requiere primero definir las caractersticas de la misma

en el administrador general. Desde el men principal desplegable Components, seleccione

Pump Definitions.

Haga click en el botn New y nombre a la nueva definicin de bomba como Definicion Bomba

1

En la ventana derecha, seleccione el tipo de definicin (Pump Definition Type) en el men

desplegable como una definicin de curva de tres puntos Standard (3 Point)e ingrese los

datos indicados en la tabla.

El siguiente es el esquema y grafico que debe observarse en el cuadro de dialogo Pump

Definitionsluego de haber ingresado la informacin de caudal presin y eficiencia:


15/22

139

Seguidamente, dirjase a la pestaa Efficiency y defina en este caso una eficiencia de

mltiples puntos (Multiple Efficiency Points) ingresado la informacin como se muestra a

continuacin:

Haga click en Close.

Habiendo creado la Definicin Bomba

1, debemos ir al cuadro de propiedades

del elemento PMP-1y en el parmetro

Pump Definition seleccionamos la

configuracin Definicin Bomba 1.

IMPORTANTE: No olvide asignar la

elevacin de la bomba, que segn los

datos del modelo es de -25 m.


16/22

140

Para realizar la simulacin hidrulica,

solo nos resta ingresar la definicin del

Pozo y/o Reservorio, con base en la

siguiente informacin:

Datos para el Reservorio

Nodo Elevacin (m)

R-1 -25.00

Para ingresar los datos del reservorio

haga Click en el smbolo del mismo e

incluya en la ventana de propiedades

del valor de -25.0 m como la elevacin

que tiene la lmina o espejo de agua en

dicho reservorio.


17/22

141

5.3.2.3. Simulacin 1 Demanda de todos los turnos a la vez

Ahora estamos listos para ejecutar las

simulaciones. Dirjase al centro de control de

escenarios Men Analysis/ Scenarios.

Como primera medida vamos a renombrar elescenario existe (Base) con el nombre de Todos

los Turnos.

Este escenario tendr la alternativa de demanda

Todos los Turnos, para esto cargamos la ventana

de alternativas con Men Analysis/ Alternatives, y

creamos una primera alternativa denominada

Todos los Turnos modificando o renombrando la

alternativa ya existente.

Para el escenario Todos los Turnos creado,

verificamos en las opciones de clculo

(Calculations Options) para rgimen permanente,

que se trata de un clculo hidrulico bsico

(Hydraulics Only) y que el tipo de anlisis (Time

Analysis Type) es en Estado Esttico.

Haga Click en los botones Validate y Compute

respectivamente, revise y compare los

resultados para esta simulacin. En la ventana

Calculation Summary podr observar si se

present algn error en el clculo.

Nota: Al verificar resultados, recuerde que los reportes tabulares son personalizables, y

pueden agregarse los parmetros de entrada y resultados de su preferencia.


18/22

142

5.3.2.4 Simulacin 2 Demanda en el Turnos - 1

Ahora efectuaremos la simulacin hidrulica solo para el Turno - 1, por lo cual la demanda

solo se considera en los nodos J-1, J-2, J-3, J-4, J-5, J-6 y J-7, con los valores ya ingresados, para

el resto de los nodos es decir desde J-8 hasta J-44 se considerar la demanda como cero.Definiremos una alternativa de demanda diferente para crear un nuevo escenario para esta

simulacin.

Para crear una nueva alternativa, vaya a la ventana de administracin de alternativas haciendo

Click en el botn o seleccionando Alternativesen el men principal Analysis.

Seleccione y expanda la Alternativa

de Demanda (Demand Allternative)

en el rbol de alternativas tal y como

lo indica esta pantalla.

Al expandir las alternativas de

demanda observar la existente

Todos los Turnos, Seleccionando

esta alternativa hacemos click en el

botn derecho del mouse y

seleccione New y luego Add Child

una vez creada la nueva alternativa la

renombraremos haciendo click

derecho como Turno - I

La nueva alternativa aparece en la

jerarqua como hijo de la anterior y

ha heredado todos los valores de

demanda de sus padre.

Esto puede identificarse porque la

nueva alternativa se encuentra

desplazada hacia la derecha.

Ahora simplemente haga doble click

en la Alternativa Demanda de

Turno-I, y edite la demanda de los

nodos J-8 hasta J-44 como cero y deje

las demandas de los nodos J-1 hasta J-

7 con los valores originales.

La tabla de demanda en las

uniones(nodos), debiera aparecer de

la siguiente forma:


19/22

143

Haga click en el botn Closepara cerrar esta ventana.

Ahora cree un nuevo escenario hijo

para incorporar esta alternativa de

demanda. Seleccione Scenarios del

men principal desplegable Analysis,

o simplemente haga click en el botn

de la barra de herramientas.

Seleccionando el escenario Todos los

Turnos, haga click en el botn

derecho de sus Mouse, y seleccione

New/Chid Scenario.

Nombre el nuevo escenario como Turno Ipara describir su simulacin.

De momento, este nuevo escenario ha heredado las alternativas que conformaban al

escenario padre. Para modificar esta configuracin y asignar diferente (s) tipos de alternativas,

simplemente debemos hacer click en el escenario Turno Ie ir a la ventana de Propiedades que

nos indica las alternativas vigentes para este escenario.


20/22

144

Para modificar los atributos en un

escenario determinado debe

seleccionar la categora

correspondiente a la izquierda del

cuadro de dialogo.

En este caso seleccionamos la

Alternativa de Demanda y

seleccionamos del men

desplegable Turno I.

Todas las dems alternativas sern

las mismas que para la primera

simulacin.

Vuelva al cuadro de dialogo de

escenarios, para ejecutar la

simulacin de este nuevoescenario.

Haga click en el men desplegable del

botn Computey seleccione Batch Run

del conjunto de opciones desplegadas.

Con esta herramienta usted puede correr

todos o algunos de los escenarios

simultneamente. En este caso solo

vamos a correr este nuevo y ultimo

escenario que hemos creado.

Active la caja para el escenario Turno-I y

haga click en Batch.

Se le presentara con un mensage de

confirmacin, haga click en Yes. Luego

obtendr un mensaje de finalizacin.

Haga click en Ok.


21/22

145

Revise los resultados para esta simulacin. Asegrese que el nuevo escenario Turno I se

encuentra activo. Para esto simplemente debe en la ventana de escenarios seleccionar el

escenario Turno Iy hacer click en el botn (Make Current).

Tabla de Reporte de Nodos

Tabla de Reporte de Tuberas


22/22

146

5.3.2.5. Resultados

Simulacin 1 2

Escenario Todos los Turnos Turno I

Gradiente Hidrulico J-1 (m)

(Calculated Hydraulic Grade)





Presin de Descarga PMP -1

Pressure Dischange (m H2O)

5.3.2.6. Discusin

Por qu es importante el uso de la vlvula PRV- 1, que funcin o elemento se simula en este

modelo y en qu condiciones iniciales podra estar?.

Qu cantidad de flujo impulsar la bomba PMP-1 en las simulaciones 1 y 2 respectivamente?.

Qu nodos presentan la mayor y menor presin en las simulaciones 1 y 2 respectivamente?.

Qu tubera presenta las mayores prdidas por friccin m/km Todos los Turnos y el Turno I?.

5.3.1 Aplicacion de Software Watercad v8 Ejemplo 1

Documents

Transcript of 5.3.1 Aplicacion de Software Watercad v8 Ejemplo 1