INTRODUCCION

EPANET es un programa orientado al anlisis del comportamiento de los sistemas de distribucin de agua y el seguimiento de la calidad del agua en los mismos, que ha tenido una gran aceptacin en Espaa, y en todos los pases de habla hispana, desde su lanzamiento en Europa en Septiembre de 1993. Ello se debe principalmente al excelente trabajo realizado por su autor L. Rossman, quien ha sabido conjugar los algoritmos de clculo ms avanzados con una interfaz grfica potente y amigable. Tambin han influido en su difusin otros factores, como la posibilidad de integrar el mdulo de clculo en otras aplicaciones, el soporte dado por la EPA para su distribucin gratuita, y la existencia de una lista abierta de usuarios para realizacin de todo tipo de consultas y puesta al da. Adems, su difusin en los pases de habla hispana ha estado potenciada por las sucesivas traducciones realizadas por quien suscribe, desde la versin 1.1b lanzada en Noviembre de 1994, hasta la ms reciente

PRACTICA N05 DISEO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSION, CALCULOS HIDRAULICOS, SOFTWARE Y GABINETE

I.-OBJETIVOS.

El objetivo de esta prctica es el uso de un programa informtico para el clculo

del comportamiento hidrulico de una red de distribucin de agua a presin

(EPANET Y Water Cad) a travs de la modelizacin de redes tanto de tipo

ramificado como malladas. II.-MARCO TEORICO.

Una red de distribucin de agua es un conjunto de elementos hidrulicos

(bombas, depsitos, tuberas, uniones, etc) utilizados para distribuir agua en una zona

determinada. Un anlisis de redes consiste en dadas las caractersticas fsicas de las

conducciones, dimetros, rugosidades, longitudes, as como de los restantes elementos

de la red como vlvulas, depsitos, etc.. y sus caractersticas funcionales, como tarado de

las vlvulas y presionadores, grado de apertura de las vlvulas, etc..., y conocida al menos

una altura piezomtrica en uno de los nudos del sistema, determinar el caudal trasegado por

cada una de las conducciones as como la altura piezomtrica en todos los nudos

restantes. Dentro de la red podemos distinguir los siguientes componentes:

Elemento: Componente de la red, como puede ser un tramo de una conduccin,

una vlvula, una bomba, de tal manera que se tenga un comportamiento hidrulico muy

bien definido.

Lnea: Conjunto de elementos de una red conectados entre dos puntos, a los cuales se

les puede asociar una ecuacin constitutiva que permita caracterizar el

comportamiento global de los elementos que constituyen la lnea. Es decir, una relacin

entre el caudal circulante y la diferencia de alturas piezomtricas existente entre

ambos extremos de la lnea.

Nudo: Cada uno de los extremos de una lnea. O bien, punto de la red en la que se conectan dos o ms lneas.

Los nudos los podemos clasificar como:

Nudos Fuente: Punto de la red que recibe un aporte externo de caudal

Nudos de Consumo: Punto de la red en el que se realiza una extraccin de caudal

Nudo de Conexin: Punto en el que no existe ninguna aportacin o extraccin de caudal, o lo que es lo mismo, slo existe una transferencia de caudal entre dos o ms

lneas.

III.- PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS: Desarrollremos tres ejercicios de modelamiento hidrulico de agua

1.- Modelizar la red ramificada. Utilizar PVC como material con una rugosidad relativa de

0.01. Los dimetros de las tuberas se habrn calculado con anterioridad en clase de teora. Se recomienda utilizar el interface grfico para el diseo de la red. Insertar en primer

lugar los componentes no lineales del sistema (depsito y nudos) y, a continuacin, aadir las tuberas uniendo estos elementos. Para introducir las caractersticas de los componentes

hacer doble clic sobre ellos.

2.- Estudiar el comportamiento de la red si los nudos se ven afectados por la siguiente curva de modulacin.

Proponer posibles soluciones para mantener la presin en D dentro del rango de funcionamiento [40 - 20] mca.

4.- Simular fugas y roturas completas de las distintas ramas, analizando cul de ellas

producira un fallo ms acusado el suministro a los nodos D y G

5.- Analizar el efecto que sobre la red tiene la eliminacin del depsito B

6.- Estudiar que bomba deberamos colocar en C para que la red mantenga el suministros sin

la necesidad de que intervengan los depsitos.

7.- Disear una estrategia, lo ms econmica posible, para el abastecimiento de la red segn

la curva de demanda anterior, con el uso de la bomba en C y el depsito B

Nudos de Caudal Los Nudos de Caudal son los puntos de la red donde confluyen las tuberas o bien sus extremos, y a travs de ellos el agua entra o sale de la misma (tambin pueden ser slo puntos de paso). Los datos bsicos imputados a los nudos son: la cota respecto a un nivel de referencia (usualmente el nivel del mar) la demanda de agua (flujo que abandona la red) la calidad inicial del agua Los resultados obtenidos para los nudos, en cada uno de los periodos de simulacin, son: La altura piezomtrica (energa interna por unidad de peso del fluido, o bien suma de la cota ms la altura de presin)

- La presin - La calidad del agua

Los nudos de caudal pueden tambin: presentar una demanda variable en el tiempo tener asignados distintos tipos de demanda (domstica, industrial, etc) presentar una demanda negativa, indicando que el caudal entra a la red a travs del nudo ser punto de entrada de una fuente contaminante a la red} tener asociado un emisor (o hidrante), cuyo caudal de salida depende de la presin.

Embalses Los Embalses son nudos que representan una fuente externa de alimentacin, de capacidad ilimitada, o bien un sumidero de caudal. Se utilizan para modelar elementos como lagos, captaciones desde ros, acuferos subterrneos, o tambin puntos de entrada a otros subsistemas. Los embalses pueden utilizarse tambin como puntos de entrada de contaminantes. Las propiedades bsicas de un embalse son su altura piezomtrica (que coincidir con la cota de la superficie libre del agua si ste se encuentra a la presin atmosfrica), y la calidad del agua en el mismo, caso de realizar un anlisis de calidad. Dado que un embalse acta como un elemento de contorno del sistema, su altura o calidad del agua no se vern afectadas por lo que pueda ocurrir en la red. Por consiguiente, no existen resultados derivados del clculo en los mismos. No obstante, su altura puede hacerse variar con el tiempo asocindole una curva de modulacin (ver el epgrafe Curvas de Modulacin ms adelante). Depsitos Los Depsitos son nudos con cierta capacidad de almacenamiento, en los cuales el volumen de agua almacenada puede variar con el tiempo durante la simulacin. Los datos bsicos de un depsito son: La cota de solera (para la cual el nivel del agua es cero) El dimetro (o su geometra si no es cilndrico) El nivel del agua inicial, mnimo y mximo del agua La calidad inicial del agua. Los principales resultados asociados a un depsito, a lo largo de la simulacin, son: La altura piezomtrica (cota de la superficie libre) La presin (o nivel del agua) La calidad del agua. El nivel del agua en los depsitos debe oscilar entre el nivel mnimo y el nivel mximo. EPANET impide la salida del agua del depsito cuando est a su nivel mnimo y cierra la entrada de agua cuando est a su nivel mximo. Los depsitos tambin pueden utilizarse como puntos de entrada de contaminantes a la red. Emisores Los emisores son dispositivos asociados a los nudos de caudal que permiten simular el flujo de salida a travs de una tobera u orificio descargando a la atmsfera. El caudal de salida por un emisor vara en funcin de la presin disponible en el nudo, conforme a la ecuacin:

Donde q = caudal, p = presin, C = coeficiente de descarga, y = exponente de la presin. En el caso

descarga viene proporcionado por el fabricante, en unidades y representa el caudal que sale por el emisor para una cada de presin en el mismo de 1 m (1 psi). Los emisores se emplean para simular el caudal que sale a travs de un rociador en una red de extincin de incendios, o a travs de un hidrante en un sistema de riego a presin. Tambin pueden

emplearse para simular una fuga en una tubera conectada al nudo (en este caso el coeficiente de descarga y el exponente de la presin en la fuga deben estimarse) o para calcular el caudal de incendios en un nudo (esto es, el caudal extra que puede suministrarse para una presin residual mnima). Para esto ltimo basta imponer un valor elevado al coeficiente de descarga (p. ej. 100 veces el caudal mximo esperado) y modificar la cota del nudo agregndole el valor de la presin mnima requerida, en m (pies). EPANET interpreta los emisores como una propiedad del nudo, y no como un componente independiente. Cuando se especifica un emisor y una demanda normal en un nudo, el valor que presenta EPANET en los resultados de salida incluye a ambos, la demanda normal y el caudal que atraviesa el emisor. Tuberas Las tuberas son lneas que transportan el agua de un nudo a otro. EPANET asume que las tuberas estn completamente llenas en todo momento, y por consiguiente que el flujo es a presin. La direccin del flujo es siempre del nudo de mayor altura piezomtrica (suma de la cota ms la presin, o bien energa interna por unidad de peso) al de menor altura piezomtrica. Los principales parmetros de una tubera son: Los nudos inicial y final El dimetro La longitud El coeficiente de rugosidad (para calcular las prdidas de carga) Su estado (abierta, cerrada, o con vlvula de retencin). El parmetro de estado permite simular el hecho de que una tubera posea vlvulas de corte o vlvulas de retencin (vlvulas que permiten el paso del flujo en un solo sentido) sin tener que modelar estos elementos explcitamente. Los datos de unas tuberas relacionados con los modelos de calidad son: El coeficiente de reaccin en el medio El coeficiente de reaccin en la pared. Los resultados en una tubera contemplan: El caudal de circulacin La velocidad del flujo La prdida de carga unitaria El factor de friccin para la frmula de Darcy-Weisbach

La velocidad media de reaccin (a lo largo de la tubera) La calidad media del agua (a lo largo de la tubera). La prdida de carga (o de altura piezomtrica) en una tubera debida a la friccin por el paso del agua, puede calcularse utilizando tres frmulas de prdidas diferentes: La frmula de Hazen-Williams La frmula de Darcy-Weisbach La frmula de Chezy-Manning La frmula de Hazen-Williams es la ms utilizada en EEUU. Sin embargo, no puede utilizarse para lquidos distintos del agua, y fue desarrollada originalmente slo para flujo turbulento. Desde el punto de vista acadmico, la frmula de Darcy-Weisbach es la ms correcta, y es aplicable a todo tipo de lquidos y regmenes. Finalmente, la frmula de Chezy-Manning es utilizada usualmente para canales y tuberas de gran dimetro, donde la turbulencia est muy desarrollada. Todas las frmulas emplean la misma ecuacin bsica para calcular la prdida de carga entre el nudo de entrada y el de salida:

Donde hL = prdida de carga (en unid. longitud), q = caudal (en unid. volumen/tiempo). A = coeficiente de resistencia, y B = exponente del caudal. En la Tabla 3.1 se listan las expresiones del coeficiente de resistencia y el valor del exponente del caudal para cada una de las frmulas de prdidas indicadas. Cada frmula utiliza un coeficiente de rugosidad distinto, el cual debe determinarse empricamente. En la Tabla 3.2 se listan los rangos de variacin de estos coeficientes, para tubera nueva de distintos materiales. En la prctica hay que ser conscientes de que el valor de estos coeficientes puede cambiar considerablemente con la edad de las tuberas. III.- MATERIALES Y EQUIPOS: Materiales de escritorio Papeles Lapiceros Calculadora Materiales digitales Manuales de Epanet

EQUIPOS:

Computadora Epanet Impresora Water Cad

IV.- PROCEDIMIENTO: .CAULCULO DE PRESIONES Y DIAMETROS DE UNA PARCELA DE CONDUCCION Y DISTRIBUCION

PROGRAMA WATER CAD:

V.- DISCUCIONES: Como observamos en la realizacin del trabajo se tiene que hacer respetar la presiones

de columna de agua en el sistema y de asumir las tuberas y con sus respectivos

dimetros Para el programa de wter cad no considera las prdidas de carga por ello los

resultados varian considerablemente en un rango menor

VI.- CONCLUSIONES: -El programa de Epanet el dimetro del reservorio se lleg a elevar ya que la presin disminuy

considerablemente.

-El programa de wter cad no considera las prdidas de carga por tal motivo vara de acuerdo

con el ejemplo simulado.

VII.- RECOMENDACIONES: Es recomendable llenar los datos que pide el programa de manera cuidosa para tener buenos

resultados.

VIII.- BIBLIOGRAFIA:

Manual de watercad y epanet

Manual de riego por gravedad Walter Olarte.

Manual de riego por gravedad.

Ingeniera del riego. Utilizacin racional del agua. Autor: Guillermo Castan. Madrid

Espaa Edicin clara de la fuente rojo. 2004