EJEMPLOS DE CALCULO DE WATERCAD

MANUAL DE WATERCAD : HIDRAULICA APLICADA

Docente: Ing. Roberto Pfuyo Muñoz ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS UNAMBA

CONSTRUYENDO UNA RED A ESCALATaller 1

Dibujar un sistema de distribución de agua potable para una pequeña subdivisión localizada junto a un cerro, alimentara la nueva red a través de un tanque con una elevación de 198 en la base y de 207 m en el tope

OBJETIVO: Diseñar todas las tuberías en la subdivisión para que pueda entregar un flujo contra incendio de 63 l/s

SIMULACION 1:Se realizara la simulación bajo las condiciones normales de demanda y con los diámetros de tubería actuales. Se asumirá una demanda de 1.3 l/s para todos los nodos y diámetro de 150 mm para todas las tuberías.

SIMULACION 2:Esta simulación cuenta con evento de incendio que genera una demanda adicional de 63 l/s en el nodo J -6

SIMULACION3:Se modificaran los diámetros originales para que la red sea capaz de soportar el caudal de flujo contra incendio con presiones adecuadas en el sistema:

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CONFIGURACION BASICA DEL MODELO

EJECUTAR CYBERNET haciendo clic en el icono del programa .

Elija new del menú File.

Aparecerá la siguiente ventana,

Escriba el nombre del proyecto, “TALLER 1”, y su nombre el campo Ingeniero del proyecto.Puede escribir algún comentario en el campo (Comments)

Haga clik en Next. y aparece el siguiente cuadro de dialogo:

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Cybernet tiene la capacidad de trabajar con varios fluidos a diferentes temperaturas al igual que con diferentes métodos de fricción.

En este dialogo usted puede configurar estas opciones y otras relativas a la forma de ingreso de los datos.

Indique que va a trabajar con agua a 20 gr C. Y que va a usar la Ec. Hazen- Willams. Las configuraciones están basadas en el Gradiente Hidráulico (HGL). Los tanques están descritos por la elevación, y las tuberías están redondeadas a una tolerancia de 0.5 m

Haga clic en Next. y aparecerá un nuevo cuadro de dialogo:

El programa permite trabajar en dos opciones: esquemáticamente o a escala. En este caso se trabaja directamente en un archivo DWG. Por lo tanto la planimetría esta a escala. Indique que se esta usando un fondo a escala seleccionando Scaled. No modifique las escalas en este ejercicio.

Introduzca un tamaño de 20 para los símbolos, textos y comentarios. SeleccioneNext.



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En esta ventana Usted puede determinar prototipos para cada uno de los elementos, especificando características que serán ingresadas por defecto cada vez que se crea un nuevo elemento.

En este ejercicio solo vamos a determinar un prototipo para las tuberías, el usuario puede crear prototipos de diferentes elementos y también cambiar durante el proceso de dibujo .

Haga Clik en el botón Pipe para abrir el dialogo de prototipo de tuberías.

Use el prototipo de la tuberías de presión para definir una tubería de PVC en el campo Material con un diámetro de 150 mm en el campo Diameter y un factor C de 150 en el campo Hazen-Williams.

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Cuando termine, haga Clic en OK.Como no usaremos ningún otro prototipo. Haga clic en Finished para

terminar.

Ahora elegiremos el archivo “TALLER1.DWG” que nos servirá de guía para el dibujo, eso lo insertamos con referencia externa.

El punto de inserción 0,0 enter.

Aparecerá el archivo TALLER1A de fondo.

Sino aparece el archivo la primea vez, presione el botón zoon extent de la barra de herramientas superior para obtener una vista de toda la extensión del modelo.

Luego haga clic en el botón Save para guardar el archivo.

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DIBUJO DEL MODELO

Ahora dibuje la red tal como se muestra en el siguiente dibujo. Inicie en el tanque T-1 y dibuje progresivamente P-1,P-2,P -3,P-4,P-5 Y P-6. Luego dibuje P-7 y P-8. Finalmente dibuje P-9 y P -10.

Usted puede trabajar en el mismo archivo de forma simultanea con elementos a escala y esquemáticos, y aquí la localización del tanque no es exacta, la longitud que muestra la tubería P-1 no es la adecuada pues esta calculada según la escala del dibujo.

Haga clik en Select element y señale la tubería P-1 y se abre el siguiente cuadro de dialogo:

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Active la caja Lengh para poder ingresar ma nualmente el valor de la longitud de esta tubería

Corrija el valor, dándole una longitud de 137 m.

Haga clik OK.

Ahora modificaremos las características del tanque para lo cual haga clik en Select element y señale el tanque.

Seleccione la pestaña Section. Introduzca un diámetro de 15 m, y las elevaciones de la siguiente manera:

Máxima: 207 m

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Inicial: 203 mMínima: 198 m

Haga clic en ok.

Haga clic en el icono de reportes tabulares y seleccione el reporte de nodos (Junction Report). Haga clic en OK e ingrese las elevaciones de la tabla de la derecha para cada nodo.

Una vez ingresadas las elevaciones, ingrese la demanda en cada nudo.

Seleccione Set como la operación (Operation), y teclee 1,3 como el valor para configurar globalmente las demandas de los nodos a 1,3 l/s

Haga clic en OK, y en Close para cerrar la tabla.

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SIMULACION 1 – ESCENARIO ACTUAL

Ahora se puede correr el modelo, seleccione GO.

Esta corrida es en Estado Estático,

Haga click en Check Data para asegurarse que los datos estén correctos. Si no existe errores, va a obtene r el dialogo de mensaje indicando que no tiene problemas.

Haga clik en OK y después en GO. Cuando la simulación se vaya completado, usted vera la ventana de resultados para el escenario actual.

Ahora, estamos listos para ver los resultados. Seleccione el icono de reportes tabulares, luego el reporte de nodos (Junction Report), y examine las presiones (columna Pressure) y Gradientes hidráulicos (Columna Calculated Hidraulic Grade)

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Para modificar las unidades en los reportes, seleccione propiedades y realice los cambios apropiados.

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SIMULACION 2 – EVENTO DE INCENDIO

En esta simulación vamos a simular un evento contra incendio en el nodo J-6 del sistema. El Caudal necesario para atacar el incendio es estimado en 63 l/s.

Para modelar este escenario adecuadamente vamos a crear una nueva alternativa de demanda basada en la alternativa base con la que se corrió la simulación 1.

Para crear la nueva alternativa, seleccione del menú principal Análisis y luego Alternatives.

En la parte derecha aparecen las diferentes alternativas de demanda disponible, en este caso solo la alternativa Base-Average Daily .

Para la nueva alternativa vamos a crear un “hijo” de la alternativa existente. Esto nos permitirá conservar la mayoría de los valores de demanda.

En la parte derecha de la ventana de alternativas, haga clic en el botón AddChild y teclee el nombre de la nueva alternativa como “Demanda de Incendio en J-6” y luego haga clic en OK

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.Ingrese la demanda de 63 l/s de contra incendio en el nodo J-6

Note que el resto de demandas se conservan en 1.3 l/s heredando de la información de la alternativa “padre”.

Seleccione Close para cerrar el dialogo.

La nueva alternativa aparece en la jerarquía como “hijo” de la anterior.

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Esto puede identificarse porque la nueva alternativa se encuentra“desplazada” hacia la derecha.

Seleccione Close para salir del administrador de alternativas (AlternativeManager).

Ahora vamos a crear un escenario que tenga en su configuración esta nueva alternativa de demanda.

Los escenarios permiten almacenar alternativas de diferentes tipos incluyendo las de demanda.

De esta forma la composición de las diferentes alternativas constituyen un escenario que se puede correr, analizar y comparar sus resultados.

Para crear el nuevo escenario seleccione Análisis y después Scenarios..del menú desplegable principal, Se le presenta una ventana como la siguiente:

Con el escenario Base destacado, seleccione el botón ScenarioManagement de la botonera de la i zquierda.

Del menú desplegado seleccione entonces Add (agregar) y después ChileScenario) (Escenario hijo).

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Nombre el escenario “Incendio en J-6” y haga clic en OK

En esta próxima ventana podemos asignar para los diferentes tipos de alternativa, las que queremos usar el nuevo escenario.

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Para cambiar una alternativa en un escenario debe chequeara la caja correspondiente a la izquierda del tipo de demanda y luego seleccionar la demanda del menú desplegable.

Verifique entonces la alternativa de demanda y seleccione del menú desplegable Demanda de Incendio en J -6.

Todas las alternativas serán las mismas que para la simulación 1.

Seleccione Close para salir de esta ventana y volver al administrador deescenarios.

Usted notara que un nuevo escenario hijo (hild) ha sido creado.

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En la parte derecha de la ventana puede apreciar las alternativas con las que esta creado cada escenario.

En este caso del escenario Incendio en J-6 observe que solo la alternativa de demanda es deferente, el resto han sido heredadas del escenario “Padre”.

Haga clic en GO Batch Run en el conjunto de botones de la barra izquierda de herramientas.

Con esta herramienta usted puede correr todos o algunos de los escenarios simultáneamente. En este caso solo vamos a correr el escenario nuevo.

Active la caja para el escenario Incendio en J -6 y haga clik en Batch.Se le presentara con un mensaje de confirmación; haga clic Si.

Y luego haga clik en Acepar

Cierre el administrador del Escenarios y analice los resultados de la segunda simulación utilizando los reportes tabulares y compare con la tabla al final de este ejercicio.

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SIMULACION 3 – INCENDIO CON NUEVOS DIAMETROS

De acuerdo a nuestras simulaciones anteriores concluimos que el sistema de tuberías de 150 mm, no funciona adecuadamente bajo el escenario de incendio en J_6. Las áreas con problema son probablemente las tuberías con las velocidades y/o gradientes de pérdidas más altos.

En la siguiente simulación vamos a aumentar el tamaño de lasa tubería s para lo cual es necesario crear un nuevo escenario, repitiéndole el proceso anterior, pero esta vez creando y modificando una nueva alternativa física, conservando la misma alternativa de demanda del escenario pasado para tener en cuenta el flujo de incendio den J -6.

Vamos a cambiar los diámetros de las tuberías P-3,P-4,P-5 y P-6 a 200 mm y las tuberías P-1 y P-2 a 250 mm.

Seleccione Análisis y después Alternatives del menú principal desplegable.

Selección la viñeta Physical (selección que contiene las alternativas físicas). Observara que la alternativa Base-Physical aparece destacada.

Haga clic en Add Chile dado que queremos usar los tamaños de tuberías actuales y modificar algunas de la tuberías.

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Nombre la nueva alternativa “Diámetros Nue vos” y haga clic en OK.

Modifique los diámetros de las tuberías P-1 a P -6 de acuerdo al enunciado en la columna (Diameter) (diámetro).

Haga click en Close cuando haya terminado.

Usted ha creado una nueva alternativa. Haga click en Close de nuevo para salir de la ventana de alterativas.

Desde el menú principal desplegable, seleccione Análisis y despuésScenarios para construir un nuevo escenario usando esta alternativa:

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En la botonera de la izquierda, haga click en Scenario Management enAdd, y en base Scenario.

Teclee el nombre del escenario como “Incendio en J-6 con diámetros nuevos), y haga click en ok.

Observe como el proceso de selección de Alternativas difiere DiámetrosNuevos para este escenario (Physical).

Seleccione la alternativa física Diámetros Nuevos para este escenario(Physical).

Seleccione Demanda de Incendio en j-6 como la alternativa de demanda(Demand).

Haga click en OK.

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Ahora, haga click en GO Batch run y seleccione el escenario “Incendio enJ-6 con diámetros nuevos”.

Haga click en Batch para correr este escenario

.Cierre las confirmaciones y analice los resultados .Como completo a este ejercicio, cambie los factores de C a 130 usando otra

alternativa física, para ver los resultados q ue produce este cambio.

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