Modelamiento Computarizado de Sistemas de Distribución de Agua

CURSO CURSO -- TALLERTALLER

MODELAMIENTO COMPUTARIZADO MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIDISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA

AplicaciAplicacin de WaterCAD V8in de WaterCAD V8i

INSTRUCTOR:INSTRUCTOR: ING. YURI MARCO SANCHEZ MERLOING. YURI MARCO SANCHEZ MERLO

Ing. Yuri Marco Snchez Merlo 1

CURSO CURSO -- TALLERTALLER

MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIDISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA

AplicaciAplicacin de WaterCAD V8in de WaterCAD V8i

INSTRUCTOR:INSTRUCTOR: ING. YURI MARCO SANCHEZ MERLOING. YURI MARCO SANCHEZ MERLO

Introduccin (1.0 horas)Revisin de conceptos de Sistemas de Distribucin de AguaModelamiento de Sistemas de Distribucin de AguaHidrulica de Sistemas de Distribucin de Agua Programas de Cmputo para al Anlisis y Diseo de Sistemas de distribucin de Agua WaterCAD V8i. Caractersticas.

Taller N1 (1.5 horas)Anlisis Hidrulico en Flujo Permanente

Taller N2 (2.5 horas)Uso de Escenarios y Alternativas

Taller N3 (2.5 horas)Anlisis Hidrulico en Flujo No Permanente

CAPTACION

Fuente Subterrnea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIORED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad

Lnea de Impulsin

Lnea de AduccinL.C. de agua cruda

Pozo Profundo

Estacin de Bombeo

Fuente superficial

PLANTA DE TRATAMIENTO

L.C. de agua tratada

L.C. por bombeo 24Qb = ----- x Qmd N

Qmd

Qmd

Qmd

QmdQmd

QmhQmd + QciQmn

Qmd + QciQmn

Qmh

Fuente sub -superficial

CAPTACION

DISTRIBUCIONPRODUCCION

SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

OBRAS DE CAPTACION

OBRAS DE CONDUCCION

OBRAS DE PURIFICACION

OBRAS DE DISTRIBUCION


MODELAMIENTO DE LA RED

A) Nodos (Nodes):Coordenadas (X,Y)Coordenadas (X,Y)

B) Conexiones (Links): Del Nodo Del Nodo

Al NodoAl Nodo

C) Elementos Hbridos:

Nodo 1 Nodo 2Conexin

(X1,Y1) (X2,Y2)

Uniones, tanques y reservorios

Tuberas

Bombas y vlvulas

MODELAMIENTO DE LA RED Modelo esqueletonizado en base a Nodes y Conexiones


PARTES DE UN MODELO HIDRULICO

MODELOS HIDRULICOS

Datos del Modelo

Software de Modelamiento

Topologa

Datos Fsicos

Datos de Demanda

Datos Operacionales

Datos de Condiciones Iniciales

Algoritmo del solucin del sistema

TIPOS DE MODELOS HIDRULICOS

CONSTRUCCIN DEL MODELO

Modelo de Planeamiento y

Diseo

Modelo de Operacin

Modelos Estticos

Modelos Dinmicos

Modelos Estratgicos

Modelos de Detalle


APLICACIONES MODELAMIENTO DE LA RED

Aplicaciones Generales de los modelos matemticos

Permiten determinar las presiones en los nudos y los caudales reales que circulan por las tuberas, para unas condiciones de trabajo dadas

Ayudan a diagnosticar el estado de la red y detectar sus problemas Apoyan en estimar la eficiencia hidrulica del sistema y evaluar las fugas Permiten planificar las mejoras a efectuar en la red de una forma efectiva, aprovechando

as mejor las inversiones

Permiten mejorar las condiciones de operacin de la red para garantizar las presiones, ahorrar energa, etc.

Permiten determinar y controlar la calidad del agua que le llega a los abonados, tras viajar por la red

ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRULICOIdentificar el Tipo de

Modelo

(Necesidad)

Mapas / Planimetra Cartografa del Sistema

Construccin topolgica -Esqueletonizacin

Informacin: Tuberas, uniones, vlvulas, tanques, bombas, etc.

Demanda de agua

Calibracin del Modelo

Clculos diversos

(Desarrollo Escenarios)

Datos para la Calibracin

Programa de Cmputo

Pruebas del Programa

Almacenamiento de Datos

Documentos de Resultados

Estudiar el Programa

I

II

III

IV

V

VI

VII


ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRULICO

ETAPA I : Mapas / Planimetra Cartografa del Sistema

Archivos: CAD, GIS, Imgenes Satelitales

ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRULICOETAPA II : Construccin topolgica - Esqueletonizacin

Archivos CAD, GIS y/o planos en papel a digitalizar

Determine tuberas a ser incluidas

Procesos manuales o automticos

Identificadores para nodos y conexiones

Verificar en campo

Revisar la conectividad entre elementos

Involucrar operadores del sistema

Establecer instructivos, procedimientos y/o protocolo para futuras construcciones de modelo

Tener presente los planos de replanteo de obra

DE BOMBEOESTACION

CAPTACION TANQUE

CISTERNA


ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRULICOETAPA II : Construccin topolgica - Esqueletonizacin

Importante:

Grados o Niveles de Esqueletoniozacin

Fuente:

ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRULICOETAPA III : Informacin de los componentes

Tuberas: (Pipe) Longitud (2D 3D) Longitud real (quiebres) Dimetro (Real Interior) Rugosidad : Material

Hazen - Williams (redes de distribucin) Darcy - Weisbach (flujo laminar y turbulento en general) Chezy - Manning (tuberas de gran dimetro)


ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRULICOETAPA III: Informacin de los componentes

Nudos: (Junction) Elevacin

qi

qi

Demanda

Ingreso de Flujo

Cambio de direccin

Cambio de dimetroD1 D2

A

B

C

A = Nivel del Usuario

B = Nivel de la tubera

C = Nivel de terreno o calzada


Tanques de Almacenamiento: (Tank) Tipo de tanque por su funcionamiento: Cabecera o Flotante Elevacin de Terreno Niveles de Operacin : Mximo, mnimo, inicial, rebose Seccin del tanque (Circular Dimetro) Dimetros de las tuberas: Ingreso, salida, by pass, rebose, limpia Componentes hidrulicos: vlvulas de cierre, macromedidor, etc.



Bomba: (Pump) Son dispositivos que comunican una carga al flujo que la atraviesa Como informacin bsica requerimos conocer su curva caracterstica

Bomba nueva: Fabricante

Bomba con aos de operacin: Mediciones de campo


Vlvulas Reductoras de Presin: (VRP)Limitan la presin en el punto aguas abajo para que no exceda de una presin

prefijada, siempre que la presin aguas arriba sea superior a sta.

Elevacin de Terreno Dimetro de la vlvula Niveles de Operacin : Presin cota piezomtrica prefijada aguas abajo

Reservorio

Pmx = 50 m.c.a.

LCE

LEH hf

hf

Presin Dinmica Mxima

Pmx = 50 m.c.a.

sin VRP

con VRPZona de Presin I

Zona de Presin II

hf Prdida de carga

Lnea de Energa HidrulicaLEHLCE Lnea de Carga Esttica

LCE

LEH

LEH

Pmx

CRP - VRP - PRV

Cmara Reductora de PresinCRP - VRP - PRV



Reservorio

Pmx = 50 m.c.a.

LCE

LEH hf

hf


Pmx = 50 m.c.a.

sin VRP


Zona de Presin II

hf Prdida de carga


LCE

LEH

LEH

Pmx

CRP - VRP - PRV


Vlvulas Sostenedoras de Presin: (VSP)Limitan la presin en el punto aguas abajo para que no exceda de una presin

prefijada, siempre que la presin aguas arriba sea superior a sta.


ETAPA IV : Demanda de agua

CLCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA DE LOS NUDOS

Gasto por unidad de lote o conexin

Gasto por unidad de longitud

Gasto por unidad de rea Mtodo de reas


Comercial

A-06 A-02

A-03

A-04A-05

A-09A-07 A-08

q

q

q

q

qq

2

6

4

7 8

9

q3

q5

Reservorio

Lmite de Area de Influencia

Red Matriz

Mediatrices

CLCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA MTODO DE REAS

NudoArea de Influencia de cada nudo (Ai)

Caudal de Influencia (qi)

1 - -2 A-02 q2 3 A-03 q3 4 A-04 q45 A-05 q56 A-06 q67 A-07 q78 A-08 q89 A-09 q9

TOTAL AT QD

AT = AiQD = qiAT = Ai

qi = qu x Aiqu = QD / AT Caudal Unitario

Area Total = Area de Servicio

Caudal de Diseo

Area Total = Area de Servicio

Caudal de Influencia del nudo "i"

qi

Residencial

Industrial i

Comercialwww.wrcplc.comWATNET

Comercialwww.haestad.comwww.bentley.comWaterCAD/GEMS

Comercialwww.mwhsoft.comH2ONET

Comercialwww.bossintl.comwww.dhigroup.comMIKENET

Comercialwww.kypipe.comPIPE2000

Librewww.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html

www.redhisp.upv.es/software/epanetEPANET

Librewww.emcentre.comLOOP

Comercial / LibrePgina WEBNombrePrograma de cmputo

WATNET

ETAPA V: PROGRAMAS DE CETAPA V: PROGRAMAS DE CMPUTO UTILIZADOS EN EL ANMPUTO UTILIZADOS EN EL ANLISIS Y DISELISIS Y DISEO DE REDES DE DISTRIBUCIO DE REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA



ETAPA VI : Calibracin del Modelo

Comparar los valores modelados vs valores observadosComparar los valores modelados vs valores observados Ajustar el modelo hasta que reproduzca lo realAjustar el modelo hasta que reproduzca lo real Certeza en el modelo como herramienta de decisiCerteza en el modelo como herramienta de decisinn

Variables que se ajustan:Variables que se ajustan:

HIDRHIDRULICOSULICOS

Coeficientes de pCoeficientes de prdidas de carga por friccirdidas de carga por friccin en los tramosn en los tramos Consumos de agua Consumos de agua DemandaDemanda EstadoEstado DiDimetro metro

CALIDAD DE AGUACALIDAD DE AGUA

Tasa de decaimiento de masaTasa de decaimiento de masa Tasa de decaimiento de paredTasa de decaimiento de pared

ETAPA VI : Calibracin del Modelo


Pmodelo = Pmedido en campo HGLmodelo = HGLmedido en campo



ETAPA VII : Clculos diversos (Desarrollo Escenarios)

Una vez Calibrado el Modelo, se puede iniciar a realizar las difUna vez Calibrado el Modelo, se puede iniciar a realizar las diferentes erentes simulaciones con el sistemasimulaciones con el sistema

Es incorrecto realizar cEs incorrecto realizar clculos con un modelo lculos con un modelo NONO calibradocalibrado

Diferentes ESCENARIOS de clculo

ESQUEMA DE UNA RED MATRIZLEYENDA

N-04 y N-05 NudosT-08 Numeracin de TramoQ-08 Caudal del Tramo T-8q4 y q5 Caudales de influencia de los nudos

Tramo: Segmento de tubera, que va de nudo a nudo, dar servicio a un rea definida. Debe llevar una numeracin correlativa para su identificacin

Nudo: Puntos de encuentro de tramos, o de ingreso o salida de agua, o cambio de dimetro. Cada nudo tiene su rea de influencia. Debe llevar una numeracin correlativa para su identificacin


ANANLISIS Y SIMULACILISIS Y SIMULACIN DE REDES DE DISTRIBUCIN DE REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA

El anlisis y simulacin de redes se realiza para investigar la relacin compleja que existe entre las caractersticas de la red, la demanda de los consumidores (Domstico, comercial, Industrial y pblico), los caudales y cargas en un momento determinado.

Bsicamente se calcula caudales, presiones y valores asociados en un momento determinado, mediante un clculo hidrulico (al modelo matemtico).

Aplicaciones del anlisis y simulacin de redes:

Conocer el comportamiento de los sistemas de distribucin de agua.

Estimacin de niveles de servicio.

Diseo de nuevos sistemas.

Evaluacin dela capacidad de conduccin de la red existente.

Uso eficiente y/o reforzamiento de las redes existentes.

El planeamiento contingente. Solucin de las redes para diferentes escenarios y alternativas.

ANANLISIS DE FLUJO PERMANENTE LISIS DE FLUJO PERMANENTE -- ANANLISIS ESTLISIS ESTTICOTICO

En este tipo de anlisis de flujo permanente se conoce los dimetros de todos los tramos de la red, los niveles en los tanques y las demandas en los nudos, y se busca la distribucin de caudales y presiones en la red, en condiciones de demanda y niveles constantes.

AANNLISIS DE FLUJO NO PERMANENTE LISIS DE FLUJO NO PERMANENTE -- ANANLISIS DINAMICO LISIS DINAMICO -- SIMULACISIMULACIN DE N DE PERIODOS EXTENDIDOSPERIODOS EXTENDIDOS -- SIMULACISIMULACIN CONTINUA N CONTINUA -- SIMULACISIMULACIN EN EL TIEMPO.N EN EL TIEMPO.

En una red de agua potable la demanda vara durante el da, y con ello los niveles en los tanques y la operacin de la bomba y se busca la distribucin de caudales y presiones en la red para diferente instantes del da (Ejemplo cada hora). Se puede decir que un anlisis de flujo no permanente es una secuencia de estados de flujo permanente con diferentes demandas en cada estado.


LEYES FUNDAMENTALES PARA UNA RED MATRIZ

Primera Ley de Kirchoff - Condicin de Continuidad

Donde:

- Qij = Caudal en el tramo ij

- qi = Demanda en el nudo i

- m = Cantidad de nudos que concurren al nudo i

- n = Cantidad es la cantidad de nudos

- Qij = 0 , si no existe conexin entre los nudos i y j

Qij + qi = 0j=1

m

i = 1, 2, 3, . . . . n

Nudo i

q

Q1 Q3

2Q

i

Q1 + Q2 - Q3 + qi = 0

CCLCULO HIDRLCULO HIDRULICO DE REDES DE DISTRIBUCIULICO DE REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA

Para un Nudo : La suma de los gastos que entran y salen de un nudo es igual a cero


Primera Ley de Kirchoff - Condicin de Continuidad

CCLCULO HIDRLCULO HIDRULICO DE REDES DE DISTRIBUCIULICO DE REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA

Para un Sistema : La suma de los gastos que entran y salen en un sistema ser igual a la variacin del nivel de agua en los almacenamientos

q1 q2 q3

q4 q6q5

Q1

qs + Qi = dV/dts=1

mn

i=1


Segunda Ley de Kirchoff - Condicin de Conservacin de Energa

- Donde:

- hfj = Prdida de carga en el tramo ij

- m = Cantidad de tramos en el circuito

hfj = 0j=1

m

Para cada uno de los circuitos cerrados

1 2

3

hf 12

hf23hf 13

hf12 + hf23 - hf13 = 0


En todo Circuito : La suma algebraica de las prdidas de carga en las tuberas eses igual a cero

FRMULAS UTILIZADAS EN EL CLCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESIN

1) Frmula de Darcy - Weisbach L V 2

hf = f ------ --------D 2 g

Donde:

hf = Prdida de carga [m]

f = Factor de friccin [sin dimensiones]

D = Dimetro [m]

L = Longitud del tubo [m]

V = Velocidad media de flujo [m/s]

G = aceleracin de la gravedad [m/s2]

k = rugosidad

Re = Nmero de Reynolds

Q = Caudal (m3/s)

64 f = -------

Re

1 Re f------ = 2 log ------------

f 2.51

1 k 2.51------ = - 2 log ------------ + -------------

f 3.71 D Re f }{

Poiseuille (1846). Para tubos lisos y rugosos en la zona laminar, donde el nmero de Reynolds no rebasa el valor crtico 2300

Nikuradse (1920). Tubos lisos - zona turbulenta, hasta valores de N Reynolds = 3 x 106

Colebrock White presentaron esta frmula para la zona de transicin de flujo laminar a turbulento en tubos comerciales. Diagrama de Moody.

1 3.71 D------ = 2 log ------------

f kNikuradse (1920). Tubos rugosos - zona turbulenta.

hf = m Qn

L m = 0.0827 f --------

D

n = 2


FRMULAS UTILIZADAS EN EL CLCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESIN

2) Frmula de Hazen - Williams Q = 0.85 C A R0.63 S0.54

Donde:

Q = Caudal [m3/s]

C = Coeficiente de rugosidad [sin dimensiones]

A = rea [m2]

R = Radio hidrulico [m]

S = hf / L = Pendiente [m/m]

hf = Prdida de carga [m]

D = Dimetro [m]

L = Longitud del tubo [m]

Q = 0.278531 C D2.63 S0.54 hf = m Qn

L m = 10.64 -----------------

C1.85 D4.87

n = 1.85

En Resumen, para todo conducto a presin:

hf = m Qnn = 1.85 (Frmula de Hazen y William)

n = 2 (Frmula de Darcy Weisbach)

HISTORIA DE LA MODELACIN DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIN

Fuente: BENTLEY


MMTODOS DE CTODOS DE CLCULO LCULO -- MMTODOS DE VERIFICACITODOS DE VERIFICACINN

Mtodo de Hardy Cross con correccin de caudales en los circuitosMtodo de Hardy Cross con correccin de cotas piezomtricas en los nudosMtodo de Linealizacin - Teoria Lineal Mtodo de Newton RaphsonMtodo del Gradiente

Son mtodos numricos, iterativos, que permiten balancear la red, mediante el ajuste de Q y H hasta encontrar los caudales reales que circula en cada tubera de la red.

PresiPresin?n?Velocidad?Velocidad?

CClculo Hidrlculo HidrulicoulicoMtodos de Verificacin

Permiten hallar el flujo real por cada tramo

Predimensionamiento de la RedPredimensionamiento de la RedClculo de los dimetros de los tramos

CClculo de:lculo de:Velocidad (V) en los tramos.

Presin (P) en los Nudos

Modelamiento

del Sistema

NoNo

SS

DIAGRAMA DE FLUJO DEL CLCULO DE UNA RED DE DISTRIBUCN DE AGUAViene

Va

Programas Programas de Cde Cmputomputo


MMnimo nimo Costo?Costo?

NoNo

SS



WaterCAD Stand Alone

WaterCAD for AutoCAD

WaterGEMS

Visitar las siguientes pginas WEB:

www.epanet.comwww.bentley.comwww.haestad.com

WaterCAD for Microstation

WaterGEMS

WaterCAD for AutoCAD

WaterCAD Stand Alone

Plataforma de Trabajo

Editable*.SHPArcGIS

Editable*.DWGAutoCAD

Se realiza en el programa de

origen

*.DXF*.SHP*.JPG*. BMP

*.TIF, etc

PropioLa extensin principal del

WaterCAD es:

*.WTG

Nota: en un proyecto se generarn otros archivos como:

*.MDB*.

Edicin de la Planimetra

Cartografa / Planimetra

Entorno Grfico

Diferencias entre Plataformas de Trabajo


Fuente: BENTLEY

Fuente: BENTLEY


WaterCAD Stand Alone (Interfaz Autnoma)


PROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCIPROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA

TuberTubera a presia a presin n TramoTramo

UniUnin a presin a presin n Nudo (N)Nudo (N)

Tanque de almacenamiento (TA)Tanque de almacenamiento (TA)

Reservorio Reservorio Embalse Embalse P.T.P.T.

UniUnin a presin a presin n Nudo (N)Nudo (N)

Reservorio Reservorio Embalse Embalse P.T.P.T.

BombaBomba

BaterBatera de Bombas de a de Bombas de VelVel. . VariabVariab..

TurbinaTurbina

PROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCIPROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCIN DE AGUAN DE AGUA

VVlvula de Control de Flujolvula de Control de Flujo

VVlvula Reductora de Presilvula Reductora de Presinn

VVlvula Sostenedora de Presilvula Sostenedora de Presinn

VVlvula Rompedora de Presilvula Rompedora de Presinn

VVlvulalvula de control de control (I(Impedimentompedimento))

VVlvula de Proplvula de Propsito Generalsito General

FlowFlow Control Control ValveValve

PressurePressure ReductionReduction ValveValve

PressurePressure SustainingSustaining ValveValve

PressurePressure BreakerBreaker ValveValve

ThrottleThrottle Control Control ValveValve

General General PurposePurpose ValveValve

VVlvula de Aislamientolvula de Aislamiento


MODELOMODELO DE UNA RED DE DISTRIBUCIDE UNA RED DE DISTRIBUCIN DE AGUA UTILIZANDO PROTOTIPOS DE WaterCADN DE AGUA UTILIZANDO PROTOTIPOS DE WaterCAD

ReservorioElevacin de Agua

(m)R-1 N.A.

Reservorio : Reservorio : Estructura hidrulica donde el nivel de agua se considera constante y el volumen infinito. Con este Prototipo se modela: embalses, cmaras de salida de plantas de tratamiento de agua, captaciones, pozos profundos (acuferos), etc.

RESERVORIO


TANQUE Tanque: Tanque: Estructura hidrulica donde el nivel de agua es variable en el tiempo y volumen finito.

Se debe indicar la seccin del tanque y dimensiones (Si es circular debemos ingresar el dimetro)

Tipo de tanque por su funcionamiento: Cabecera o Flotante

TUBERA A PRESIN

TuberTubera: a: Tubera a presin que interconecta una estructura hidrulica con otra.


UNIONES A PRESIN

Nudo: Nudo: Prototipo que representa consumo o demanda de agua o un ingreso de agua al sistema.

qi

BOMBA

Bomba: Bomba: Elemento hidrulico que permite incrementar presin al sistema.


Vlvula Reductora de Presin

Reservorio

Pmx = 50 m.c.a.

LCE

LEH hf

hf


Pmx

sin VRP


Zona de Presin II

hf Prdida de carga


LCE

LEH

LEH

Pmx

CRP - VRP - PRV


Vlvula Sostenedora de Presin

LEH

LCE

Area de Servicio I

LEH - con VSP

Reservorio

hf

sin VSP

ReservorioLCE

LEH con VS

P

Area de Servicio II

Cmara Sostenedora de PresinPresin Dinmica Mxima

Lnea de Carga EstticaLnea de Energa Hidrulica

CSP - VSP - PSV

hf Pmx

LEHLCE

Prdida de carga

CSP - VSP - PSV


Vlvula de Control de Flujo

Desarrollo de Talleres con WaterCAD V8i

MMOODDEELLAAMMIIEENNTTOO CCOOMMPPUUTTAARRIIZZAADDOO DDEE SSIISSTTEEMMAASS DDEE DDIISSTTRRIIBBUUCCIINN DDEE AAGGUUAA TTAALLLLEERR NN11

PPRROOGGRRAAMMAA WWaatteerrCCAADD VV88ii EELLAABBOORRAADDOO PPOORR IINNGG.. YYUURRII MMAARRCCOO SSNNCCHHEEZZ MMEERRLLOO

MMOODDEELLAAMMIIEENNTTOO CCOOMMPPUUTTAARRIIZZAADDOO DDEE SSIISSTTEEMMAASS DDEE DDIISSTTRRIIBBUUCCIINN DDEE AAGGUUAA

Taller N1

CONTENIDO

Anlisis Hidrulico de una Red de Distribucin en Estado Esttico

Preparado por: Ing. Yuri Marco Snchez Merlo

MMOODDEELLAAMMIIEENNTTOO CCOOMMPPUUTTAARRIIZZAADDOO DDEE SSIISSTTEEMMAASS DDEE DDIISSTTRRIIBBUUCCIINN DDEE AAGGUUAA TTAALLLLEERR NN11 PPGGIINNAA 1


Taller N1

Anlisis Hidrulico en Flujo Permanente de una Red de Distribucin de Agua

Realizar el clculo hidrulico de la red de distribucin mostrada en el Grfico N1, en Estado Esttico, aplicando el Programa de Cmputo WaterCAD/GEMS.

Grfico N1

Observa: que el modelo de la red de distribucin est compuesto por un Tanque (Tank T-1), tuberas a presin (P-1, P-2, P-3, ...) y uniones a presin (J-1, J-2, J-3, .).



1. Creacin y Configuracin de un Nuevo Proyecto

1. En el Men despegable seleccionar

File/New Ctrl+N.

Luego, al crear un nuevo modelo, en primer lugar se deber definir la configuracin bsica del Proyecto. Para ello en el men Analysis seleccionar Calculation Options (Opciones de clculo).

2. En la ventana de la derecha,

aceptaremos la configuracin por defecto que se muestra. As tenemos que la ecuacin de Hazen Williams se usar como mtodo de clculo de la friccin (Friction Method).

3. Ver que el tipo de anlisis (Time

Analysis Type), seleccionado es en Estado Esttico (Steady State).

4. Como lquido a modelar se considera

Water at 20C (68F) (Liquid).

Cabe sealar que: WaterCAD/GEMS, puede modelar tuberas a presin con diferentes fluidos a diversas

temperaturas Para balancear hidrulicamente la red, utiliza el Mtodo de Gradiente, que es iterativo.



Con respecto a las opciones generales del proyecto, es necesario definir el sistema de unidades de nuestra preferencia, los colores de fondo y frontales, los tamaos de los textos y smbolos.

Para el caso de la opciones generales del Proyecto, es necesario definir los siguiente: Ahora en el men Tools elegimos Options. En el presente Taller, trabajaremos en forma esquemtica (La longitud en el modelo no es real, tendremos luego que digitar la longitud de cada tramo) Por lo que, en la etiqueta , en la seccin Drawing Scale, seleccione Schematic. Introducir 5 en Symbol Size Multiplier y 10 en Text Height Multiplier, en la seccin Annotation Multipliers, (multiplicadores de anotacin) como los valores multiplicadores para las anotaciones y smbolos del dibujo.

Asimismo, debemos verificar el sistema de unidades con la cual estar configurado el Proyecto.

En la ventana Options, en la etiqueta , en , seleccionar SI (System International)

Tambin en Default Unit System for New Project, seleccionar SI (Sistema Internacional). Luego, hacer clic OK.



El WaterCAD/GEMS, ofrece asignar valores por defecto a cada uno de los prototipos a utilizar en el modelo hidrulico. Para ello, vaya al men View y seleccionar Prototypes. Hacer click en el botn New, para crear un nuevo prototipo (Pipe Prototype-1)

Para el caso de las tuberas (Pipe), en la ventana de dilogo de la derecha configurar como se muestra, donde se considera como datos por defecto: Dimetro = 100 mm Material = PVC Hazen y William C = 140 Luego cerrar la ventana Prototypes (Prototipos). Recordar que estos sern datos que por defecto contendr cada tubera al inicio, luego se podr modificar sus datos para cada uno de ellos.

Guardar como Taller N1_AHEE.wtg, en la siguiente carpeta C:\Mis documentos\Taller N1.



2. Recuperacin de la Cartografa (Planimetra)

Para recuperar la planimetra de la zona de estudio, se puede realizar lo siguiente, estando trabajando en WaterCAD /GEMS:

En el men despegable View, seleccionamos la opcin Background Layers.

En la ventana de dilogo Background Layers.

En el primer botn de la izquierda , elegir New File.

En el directorio C:\Mis documentos\Taller N1, ubicar y abrir el archivo Plano Taller N1.dxf.

Observar que el WaterCAD/GEMS, puede insertar planimetras de la zona de Estudio en diversos formatos: DXF, SHP, BMP, JPG, JPEG, JPE, TIFF, etc.



Aparecer la ventana de la derecha, configurar como se indica y luego hacer click en OK.

Si no aparece la planimetra, presionar el botn zoom extents de la barra de herramientas superior para obtener una vista de toda la extensin del modelo.



3. Ubicacin de Componentes y trazado de la Red de Distribucin de

Agua. Luego de recuperar la planimetra, se inicia con ubicar cada uno de los componentes de la red de distribucin y el trazado de las tuberas, para ello hacer uso de los Prototipos (Tank, Pressure Pipe y Pressure Junction)

Nota: Durante el trazado verificar que el nombre o etiqueta (Label) de cada elemento coincida con lo sealado en el grfico.

Barra de Prototipos



4. Ingreso de Datos Entering Data

A) Ingresando datos a travs de ventanas de dilogo Hacer doble click sobre el Tank T-1 (O haciendo click derecho y seleccionr Properties).

En la ventana de la derecha ingresar en: Operating Range: - Base: 420 m - Mnimo: 422 m - Inicial: 425 m - Mxima : 425 m Physical: - Elevacin: 420 m.s.n.m. - Dimetro: 16 m Recordar que el WaterCAD/GEMS, calcula las cotas piezomtricas a partir de la elevacin inicial (Elevation Initial). Este es un dato de condicin inicial (Initial Setting)



B) Ingresando Datos a travs Tablas Flexibles FlexTables:

Para el presente Taller, ingresaremos los datos de las tuberas y de las uniones, haciendo uso de tablas.

1. Hacer click en el en el botn FlexTables Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinmicas. Seleccionar Pipe Table.

Alcances: Primero debern configurar la tabla, de tal forma que contenga las columnas mostradas y en el mismo orden.

Hacer click en (Edit). Observa que puedes aadir o remover columnas del lado derecho al izquierdo y viceversa. Para ordenar la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente. En la columna Hazen William C, hacer click derecho y seleccionar Global Edit, seleccionar operacin SET, digitar en Global Edit 140 y luego hacer click en OK



2. Para el caso de las Uniones a presin seleccionar la Tabla de Reporte de Uniones a

Presin Junction Table.

Ingresar la elevacin (Elevation) de cada unin.

Alcances: Primero debern configurar la tabla, de tal forma que contenga las columnas mostradas y en el mismo orden.

Hacer click en (Edit). Observa que puedes aadir o remover columnas del lado derecho al izquierdo y viceversa.

Para ordenar en forma ascendente la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente.



ASIGNACIN DE LA DEMANDA

Para asignar la demanda requerida en cada uno de las uniones, hacer click en Demand Control Center (Centro de Control de Demandas) En el mensaje de la derecha hacer click en Yes (Si) Luego, en la ventana de Demand Control Center (Centro de Control de Demandas), hacer click en el primer bot de la izquierda y seleccionar Initialize Demands for All Elements.

Asignar la demanda a cada unin, como se muestra en la ventana siguiente:

Alcance: Para ordenar en forma ascendente la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente. Verificar las unidades.



5. Proceder al Clculo. Run - Correr el Programa

1. Hacer click en el cono Debiendo obtener la ventana de la derecha. En la cual el programa seala que la red se ha balanceado despus de 04 iteraciones (Trials) con un error de cierre Q = 0.0003147.

.

Asimismo en la ventana de notificaciones (User Notifications), debiendo visualizar los mensajes siguientes:

En esta ventana el programa seala que el tanque est lleno (Full) Recordar que el WaterCAD /GEMS, para efectuar el balance hidrulico, es decir determinar los caudales reales que circula por cada tubera, hace uso del Mtodo del Gradiente.



6. Visualizacin y verificacin de resultados

Existen diversas formas de visualizar y verificar los resultados en el programa WaterCAD V8i: A) Ventanas de Dilogo (Properties): cada elemento o prototipo tiene su ventana de dilogo

o de propiedades y se activa haciendo click derecho sobre el elemento que se quiere revisar y seleccionamos Properties o tambin se puede hacer doble clic en el elemento para mostrar dicha ventana.

Por ejemplo, para la tubera P-1, hacer cilck derecho sobre esta tubera y seleccione Properties, debiendo mostrar lo siguiente:

En Resultados (Results), se tiene lo siguiente: Flow = Caudal que circula por dicha tubera = 67.00 l/s Velocity = Velocidad del flujo = 0.53 m/s Headloss Gradient = Gradiente Hidrulico = 0.657 m/Km Headloss = Prdida de carga total = 0.53 m Hydraulic Grade (Start) = Cota piezomtrica inicial (Aguas arriba) = 425.00 m Hydraulic Grade (Stop) = Cota piezomtrica final (Aguas abajo) = 424.47 m



B) Tablas Flexibles FlexTables Tabular Reports: hacer click en el botn de Reporte tabular Tabular Reports, para mostrar las tablas dinmicas.

Hacer click en el en el botn FlexTables, para mostrar las tablas dinmicas. Seleccionar Pipe Table.

Verifique que sus resultados de las tuberas coincidan con lo que se muestra a continuacin:

En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente: Flow = Caudal que circula por dicha tubera Velocity = Velocidad del flujo Headloss Gradient = Gradiente de prdida de carga Headloss (friction) = Prdida de carga por friccin con las paredes de la tubera Si quiere cambiar las unidades de uno de las columnas, hacer click derecho en el encabezado de la columna y seleccionar formatinng, luego elegir la unidad (Unit) y el nmero de decimales (format).



Para el caso de las Uniones a presin seleccionar la Tabla de Reporte de Uniones a Presin Junction Table. Verifique que sus resultados en las uniones coincidan con lo que se muestra a continuacin:

En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente:

Demand = Demanda total de agua requerida en la unin Hydraulic Grade = Cota piezomtrica en la unin Pressure = Presin en la unin

Responder: Para las tuberas

Pregunta Tubera Valor

Qu tubera tiene la mayor velocidad y cul es su valor en m/s?

Qu tubera tiene la mayor prdida de carga y cul es su valor en m?

Para las uniones

Pregunta Unin Valor

Qu unin tiene la mayor presin y cul es su valor en mH2O?

Qu unin tiene la menor cota piezomtrica y cul es su valor en m?



Otras formas de reporte son: D) Element Symbology

Con esta herramienta podemos: Color Coding : colorear la red de acuerdo algn atributo Annotation : anotaciones en los elementos del modelo. Colorear los nudos en funcin a la presin:

Colorear las tuberas en funcin a la velocidad:

F) GeoGrapher: Administrador de Grficos

G) Profile: permiten graficar perfiles longitudinales. Por ejemplo: de terreno, hidrulicos, etc.

I) Contour: para graficar isolneas, es decir curvas de igual elevacin, presin, etc.

Nota.- seguir las indicaciones del instructor para su aplicacin




Taller N2

CONTENIDO

Anlisis Hidrulico en Estado Esttico Uso de Escenarios y Alternativas




Taller N2

Anlisis Hidrulico en Estado Esttico Uso de Escenarios y Alternativas

En el presente Taller, aplicando escenarios y alternativas, realizaremos las siguientes 02 simulaciones hidrulicas de la red mostrada: Simulacin N1: Se analizar para condiciones de demanda mxima, el Escenario se

denominar Demanda Mxima. Simulacin N2: Analizaremos para las mismas condiciones de demanda mxima y la

demanda para atender un incendio en la unin J-10 (Caudal = 30 l/s) , el Escenario lo denominaremos Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10.

Grfico N1 Observa: que el modelo de la red de distribucin est compuesto por un Tanque (Tank T-1), Reservorio (R-1), Bomba (PMP-1), Vlvulas Reductoras de Presin (PRV-1 y PRV-2), tuberas a presin (P-1, P-2, P-3, ...) y uniones a presin (J-1, J-2, J-3, .).



1. Edicin del Modelo

En el Men despegable seleccionar File/Open Ctrl+O, buscar y abrir el archivo existente Taller N2.wtg. Debindose visualizar la red del Grfico N1 de la pgina 1. Ingresando Datos de Demanda: Haciendo uso del Centro de Control de Demandas, ingresar la demanda mxima en cada una de las uniones del modelo.

Unin Demanda Mxima (l/s) J-1 0 J-2 5 J-3 10 J-4 7 J-5 8 J-6 5 J-7 6 J-8 9 J-9 6

J-10 5

Hacer click en Demand Control Center (Centro de Control de Demandas) En el mensaje de la derecha hacer click en Yes (Si) Luego, en la ventana de Demand Control Center (Centro de Control de Demandas), hacer click en el primer botn de la izquierda y seleccionar Initialize Demands for All Elements.

Verificar que la unidad de la columna Demand (Base), debe estar en l/s. Para ello, hacer click derecho en la columna de Demand (Base), y seleccionar Units and Formatting. Del men seleccionar l/s como unidad de demanda con 2 decimales. Hacer click en Ok. Ahora ingrese los valores de la demanda mxima dada.



Ingresando datos del Tanque:

Tanque Elevacin

Base (m)

Elevacin Mnima

(m)

Elevacin Inicial (m)

Elevacin Mxima

(m)

Dimetro (m)

T-1 120 121 122 125 16

Hacer doble click sobre el smbolo del Tank T-1 (O haciendo click derecho y seleccionr Properties).

En la ventana de la derecha ingresar en: Operating Range: - Base: 120 m - Mnimo: 121 m - Inicial: 122 m - Mxima : 125 m Physical: - Elevacin: 120 m.s.n.m. - Dimetro: 16 m Recordar que el WaterCAD/GEMS, calcula las cotas piezomtricas a partir de la elevacin inicial (Elevation Initial). Este es un dato de condicin inicial (Initial Setting)



Ingresando datos del Resevorio:

Reservorio Elevacin (m)

R-1 60 Nivel de agua en la fuente

Ingrese a la ventana de propiedades del Reservorio R-1, haciendo doble click sobre el smbolo.

En la ventana de la derecha ingresar en: Physical: - Elevacin: 60 Recordar que el WaterCAD/GEMS, que el valor de elevation est referido al nivel de agua en la fuente.

Ingresando datos de las Vlvulas Reductoras de Presin (PRV-1 y PRV-2):

Vlvula Elevacin (m) Dimetro

(mm)

HGL Inicial (Hydraulic Grade)

(m)

Direccin de Flujo

PRV-1 75 200 90 P-10 P-11 PRV-2 75 200 90 P-14 P-13

Para ingresar los datos de las vlvulas reductoras de presin, lo haremos haciendo uso de los reportes tabulares. Para ello:

1. Hacer click en FlexTables Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinmicas. Seleccionar PRV Table.

Es probable, que deba hacer clic en (Edit), para configurar la tabla, agregar o quitar columnas.



En las ventanas de propiedades de las vlvulas reductoras de presin (PRV-1 y PRV-2), verifique que en el campo Setting Type (Tipo de configuracin), figure Hydraulic Grade (Cota piezomtrica).

Datos de la Bomba (PMP-1):

Bomba Elevacin (m)

PMP-1 58

Descarga

(l/s) Carga

(m)

0 85

60 70

80 50

Primero debemos definir las caractersticas de la bomba. En el men despegable seleccionar Components y Pump Definitions.

Hacer click en el botn New e ingresar el nombre de la definicin de la bomba como Bomba 1. En el men despegable Pump Definition Type, seleccionar Standard (3 Point) e ingrese los datos, que se muestra. En la pestaa Efficiency, defina una eficiencia constante del 100% (Constant Efficiency). Hacer click en Close.



Luego de haber definido las caractersticas dela bomba, hacer doble click sobre el smbolo de la Bomba PMP-1 En la ventana de la derecha ingresar en: Physical: - Elevacin: 58 m En Pump Definition, seleccionar Bomba 1 (Recuerda que esta definimos anteriormente)

Ingresando datos de las Tuberas:

A partir del archivo de Excel Datos Taller N2 (Ubicarlo en el directorio), copiar los datos de longitud (Length) y dimetro (Diameter). Abrir el archivo de Excel.

Asimismo, hacer click en el en el botn FlexTables. Seleccionar y abrir la tabla de tuberas (Pipe Table). Si es necesario deber configurar la tabla (orden de columnas) como se muestra. Del archivo de Excel, copiar (Ctrl.+C) la columna de Dimetro (Parte numrica) y pegar en la columna de Diameter en la Tabla de Tuberas (Pipe Table) en WaterCAD. Lo mismo con los datos de Longitud, copiar (Ctrl.+C) la columna de Longitud (Parte numrica) y pegar en la columna de Length (User Defined) en la Tabla de Tuberas (Pipe Table) en WaterCAD.



Debiendo mostrar lo siguiente:

Alcances: Primero debern configurar la tabla, de tal forma que contenga las columnas mostradas y en el mismo orden. As como verificar unidades. Ingresando datos de las Uniones:

Del archivo de Excel Datos Taller N2, copiar los datos de Elevacin (Elevation).

Asimismo, hacer click en el en el botn FlexTables. Seleccionar y abrir la tabla de uniones (Junction Table). Si es necesario deber configurar la tabla (orden de columnas) como se muestra. Del archivo de Excel, copiar (Ctrl.+C) la columna de Elevacin (Parte numrica) y pegar en la columna de Elevation en la Tabla de Uniones (Junction Table) en WaterCAD.



Debiendo mostrar lo siguiente:

Alcances: Primero debern configurar la tabla, de tal forma que contenga las columnas mostradas y en el mismo orden. As como verificar unidades.



2. Simulacin 1: Condicin de Demanda Mxima

Realizado la edicin del Modelo e ingresado los datos, estamos listos para realizar las 02 simulaciones planteadas al inicio del presente Taller. En la ventana de Escenarios (Scenarios), primero renombre el Escenario Base con el nombre Demanda Mxima.

.

Asimismo, este escenario tendr como alternativa de demanda Demanda Mxima, para lo cual en la ventana de alternativas, renombramos la alternativa de demanda Base Demand como se muestra.

Antes de ejecutar el escenario Demanda Mxima, debe verificar que en las opciones de clculo (Calculation Options), que como Tipo de clculo (Calculation Type), sea hidrulico (Hydraulics Only) y que el tipo de anlisis (Time Analysis Type) sea en estado Esttico (Steady State). Debiendo observarse su ventana de propiedades como se muestra a la derecha.

.



Hacer click en el cono Debiendo obtener la ventana:

En la cual el programa seala que la red se ha balanceado despus de 05 iteraciones (Trials) con un error de cierre Q = 0.0003115. Visualice y verifique, mediante los reportes tabulares (Tablas), los parmetros de entrada y resultados que prefiera. Recuerdo que las Tablas la podemos editar de acuerdo a nuestros requerimientos. Por ejemplo, para esta primera simulacin, los resultados para las uniones debe ser:





3. Simulacin 2: Demanda Contra Incendio en J-10

La segunda simulacin consistir en analizar la red para la condicin de demanda mxima y la atencin de un incendio en el nudo J-10, el cual se atender con un caudal igual a 30 l/s. Por lo que la demanda total en el Nudo J-10, ser 35 l/s (5 l/s (Demanda Mxima) + 30 l/s (Caudal pata atender el incendio)). Para ello, definiremos una nueva alternativa de demanda, para luego crear un nuevo escenario para esta simulacin. En la ventana de alternativas, sobre la alternativa de demanda Demanda Mxima hacer click derecho y seleccione New y luego Child Alternative.

La nueva alternativa de demanda Demand Alternative 1, renmbrelo como Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10. Observar que la nueva alternativa est como hijo de la alternativa anterior, habiendo heredado todos sus valores. En la nueva alternativa, corregiremos nicamente la demanda de la unin J-10.

Hacer doble click sobre la alternativa Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10 e ingresar una demanda de 35 l/s en la unin J-10. Debiendo mostrar lo siguiente:

Haga click en Close.



Enseguida, debemos crear un nuevo escenario (hijo), para analizar la red con la nueva alternativa creada Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10. En la ventana de escenarios, sobre el escenario Demanda Mxima hacer click derecho y seleccione New y luego Child Scenario.

El nuevo escenario Scenario - 1, renmbrelo como Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10. Observar que el nuevo escenario est como hijo del escenario anterior, habiendo heredado todos sus alternativas. En el nuevo escenario, cambiaremos su alternativa de demanda.

En la ventana de escenarios, hacer doble click sobre el escenario Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de demanda (Demand), seleccionando la alternativa Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10. Tener en cuenta que las otras alternativas sern las mismas que para la primera simulacin.



Retornando a la ventana de Escenarios, haga click en

el botn despegable y seleccionar Batch Run.

En la ventana Batch Run, puede ejecutar todos o algunos escenarios simultneamente. Seleccione con un check el escenario Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10 y hacer click en Batch.

En el mensaje de confirmacin (Please Confirm), hacer click en S. Luego tendremos el siguiente mensaje de finalizacin, hacer click en Aceptar.

Visualice y verifique, mediante los reportes tabulares (Tablas), los parmetros de entrada y resultados que prefiera de esta segunda simulacin. Para ello, primero deber asegurarse que el escenario Demanda Mxima + Demanda de Incendio en J-10 se encuentre activo,

haciendo click en (Make Current), debiendo observarse:



Por ejemplo, para esta segunda simulacin, los resultados para las uniones deben ser:





4. Resultados

Responder: Para las tuberas

Simulacin 1 Simulacin 2

Pregunta Tubera Valor Tubera Valor

Qu tubera tiene la mayor velocidad y cul es su valor en m/s?

Qu tubera tiene la mayor prdida de carga y cul es su valor en m?

Para las uniones


Pregunta Unin Valor Unin Valor

Qu unin tiene la mayor presin y cul es su valor en mH2O?

Qu unin tiene la menor cota piezomtrica y cul es su valor en m?

Para el Tanque


Pregunta Llenando

vaciando

Caudal Llenando vaciando Caudal

Cul es la situacin del Tanque se est llenando o vaciando y con qu caudal?

Ejercicio Adicional: Realice la siguiente simulacin: Simulacin N3: Modificaremos el dimetro de las tuberas P-2, P-3 y P-11, Ahora sern de

300 mm, 250 mm y 150 mm respectivamente. Estas modificaciones las analizaremos para la demanda mxima. El Escenario se denominar Demanda Mxima + Dimetros modificados P-2, P-3 y P-11.




Taller N3

CONTENIDO

Anlisis Hidrulico de una Red de Distribucin en Periodos

Extendidos (Flujo No Permanente). Considerando reservorio, bomba, tanque, tuberas a presin y uniones a presin.

Asignacin de Patrones de Consumo Controles Operacionales




Taller N3

Anlisis Hidrulico en Flujo No Permanente de una Red de Distribucin de Agua

Realizar el anlisis hidrulico en periodos extendidos de la red de distribucin de agua mostrada en la siguiente figura:

Aplicando escenarios y alternativas, generaremos 02 escenarios: Simulacin N1: Se analizar para un periodo de 24 horas, el control de encendido y

apagado de las bombas PMP-1 y PMP-2 se realizar en funcin al nivel de agua en el tanque T-1, el Escenario se denominar Escenario N1: Control del nivel de agua en el Tanque.

Simulacin N2: En esta segunda simulacin en periodos extendidos (24 horas),

analizaremos la red considerando el bombeo directo a la red pero sin el tanque de almacenamiento, debiendo desactivar la tubera P-25 y el tanque T-1, por lo que el control de encendido y apagado de la bomba PMP-2 se realizar en funcin al caudal que circula en el tramo P6, el Escenario lo denominaremos Escenario N2: Sin Tanque.



1. Creacin e Ingreso de los Patrones Hidrulicos de Demanda

En el Men despegable seleccionar File/Open Ctrl+O, buscar y abrir el archivo existente Taller N3.wtg. Debindose visualizar la red mostrada en la pgina 1. Este archivo contiene el modelo ya elaborado, donde ya se ingres los datos fsicos (elevaciones en las uniones, elevaciones en el tanque, caractersticas de la bomba, caractersticas de las tuberas), datos de demanda (Demanda promedio de agua en las uniones), dato de condiciones iniciales (Nivel de agua inicial en el tanque, bomba PMP-1 encendida, bomba PMP-2 apagada)

Para realizar el Anlisis Hidrulico en Periodos Extendidos, debemos ingresar al programa de cmputo la variacin de cada tipo de consumo durante el periodo de anlisis, a travs de los Patrones Hidrulicos (Pattern Hidraulic), los cuales luego se asignarn a cada unin a presin (Pressure Junction). Para el presente Taller crearemos dos patrones de consumo los cuales denominaremos: uno Residencial y el otro Comercial. En el men despegable seleccionar Components / Patterns. Debiendo aparecer la ventana de la derecha Patterns. Para el caso de patrones de consumo deber seleccionar la categora de patrones hidrulicos Hydraulic.



Hacer click en el botn New e ingresar el nombre del patrn de consumo como Residencial. Ingresar los valores mostrados en la ventana de la derecha. El Tiempo inicial (Start Time), definir como: 00:00:00 12:00:00 a.m., depende de la configuracin de su Sistema operativo Windows. Como multiplicador inicial (Starting Multiplier) digitar 1.10, en formato de patrn (Pattern Format) seleccionar: Continuo (Continous) Completar la tabla inferior como se muestra. Observa que el multiplicador inicial (Starting Multiplier) debe coincidir con el ltimo multiplicador (Multiplier)



Nuevamente, hacer click en el botn New e ingresar el nombre del otro patrn de consumo como Comercial. Ingresar los valores mostrados en la ventana de la derecha. El Tiempo inicial (Start Time), definir como: 00:00:00 12:00:00 a.m., depende de la configuracin de su Sistema operativo Windows. Como multiplicar inicial (Starting Multiplier) digitar 1.20, en formato de patrn (Pattern Format) seleccionar: Continuo (Continous) Completar la tabla inferior como se muestra. Ahora, los patrones de consumo creados, debern ser asignados a las uniones a presin (Pressure Junctions) correspondiente, de la siguiente manera:

Hacer click en Demand Control Center (Centro de Control de Demandas) En la columna Pattern (Demand), asignar el patrn correspondiente a cada una de las uniones, como se muestra al lado derecho. Luego cerrar la ventana (Close).



2. Configuracin de la eficiencia de las bombas del sistema

Ahora, vamos a definir la eficiencia de la bomba, para ello en el men despegable seleccionar Components y Pump Definitions. Seleccione la Bomba-1. Observar que dicha bomba ya tiene ingresado sus caractersticas (Curva de la bomba, definida por 03 puntos). Ingrese a la opcin Eficiencia (Efficiency). En la ventana Efficiency, seleccione como Eficiencia de bomba (Pump Efficiency) a Best Eficiency Point. Ingrese en BEP Flow: 80 l/s y en BEP Efficiency, una eficiencia de 75%. Hacer click en Close.



Ahora en la ventana de propiedades de la bomba PMP-1, seleccionar en Definicin de Bomba (Pump Definition) Bomba-1. Lo mismo en la ventana de propiedades de la bomba PMP-2, seleccione en Definicin de Bomba (Pump Definition) Bomba-1.

Observe que el estado inicial (Status (Initial)), de la PMP-1 es ON (Encendido) y de la PMP-2 es OFF (Apagado), esto es para la hora inicial de clculo (00:00:00 horas).



3. Configuracin de Controles Operacionales

En el Escenario N1, el funcionamiento de las bombas (Encendido y apagado), se establecern de acuerdo al nivel de agua en el tanque de almacenamiento, as:

Si nivel de agua en tanque T-1 es mayor a 54 m entonces bomba PMP-2 debe apagarse. Si nivel de agua en tanque T-1 es mayor a 55 m entonces bomba PMP-1 debe apagarse. Si nivel de agua en tanque T-1 es menor a 53 m entonces bomba PMP-1 debe encenderse. Si nivel de agua en tanque T-1 es menor a 52 m entonces bomba PMP-2 debe encenderse.

Condicin (Condition) Accin (Action)

En el men despegable seleccionar Components y Controls.

Debiendo mostrase la siguiente ventana:



Seleccione la pestaa Conditions. Luego haga click en el botn New y seleccione la opcin Simple.

Configurar la primera condicin (Conditions) como se muestra a continacin: Condition Type: Element

Element: T-1 (Para ubicar el Tanque T-1 hacer uso del botn ) Tank Attribute: Hydraulic Grade (Cota piezomtrica cota de nivel de agua en el tanque) Operator: > Hydraulic Grade: 54 m.



Realice el mismo procedimiento realizado para la primera condicin, para crear las 03 condiciones restantes, debiendo verse la pestaa Conditions como sigue:

Ahora, seleccione la pestaa Actions. Luego haga click en el botn New y seleccione la opcin Simple.



Configurar las acciones (Actions), debiendo mostrarse como sigue:

A continuacin, seleccione la pestaa Controls, para configurar los controles combinando las

condiciones y acciones creadas anteriormente, luego haga click en el botn New . En la parte inferior se despliega las opciones de configuracin donde el opeador solicita una condicin, mientas los operadores y piden se seleccione las acciones correspondientes. A continuacin se observa la creacin del primer control:



Crear los controles restantes, debiendo mostrarse lo siguiente:

Los 04 controles lgicos creados, sern utilizados en el Escenario N1, para ello debemos hacer que estos controles se agrupen en un SET de controles lgicos.

Ingrese a la pestaa Logical Control Sets. Hacer click en el botn New .



En la ventana Logical Control Set, aadir (con el botn Add) los cuatro controles lgicos de la izquierda a la derecha, como se muestra. Luego hacer click en OK.

Nombre el Grupo de Control (Control Set) como Controles del Tanque. Luego cerrar la ventana.



4. Creacin del Escenario N1: Control del nivel de agua en el Tanque

En la ventana de alternativas, seleccionar la alternativa Operational (Operacional), hacer click derecho y seleccione New y luego Base Alternative y nombrarlo como Control del nivel de agua en el Tanque.

Ahora debe hacer doble click sobre la alternativa creada Control del nivel de agua en el Tanque. En la siguiente ventana seleccionar en Control Set Controles del Tanque, debiendo mostrar lo siguiente:

Hacer click en Close. En la ventana de escenarios, sobre el escenario Base hacer click derecho y seleccione New y luego Base Scenario, nombre el nuevo escenario como Escenario N1: Control del nivel de agua en el Tanque.



Ingrese en la ventana de Calculation Options, hacer doble click sobre la opcin de clculo Base y configrelo como se muestra a la derecha. En la ventana de propiedades de la opcin de clculo Base, seleccione en Time Anlisis Type EPS (Simulacin en Periodos Extendidos. Como tiempo inicial (Start Time) las 12:00:00 a.m. 00:00:00, depender de la configuracin del sistema Windows. La duracin (Duration) ser 24 horas, el paso de tiempo hidrulico (Hydraulic Time Step) de 1 hora (Quiere decir que el programa nos proporcionar resultados hidrulicos cada hora) Regresando a la ventana de escenarios, hacer doble click sobre el escenario Escenario N1: Control del nivel de agua en el Tanque, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de operacional (Operational), seleccionando la alternativa Control del nivel de agua en el Tanque.



5. Ejecucin del Escenario N1

En la ventana de Escenarios, seleccionar el escenario Escenario N1: Control del nivel de agua en el Tanque y haga click en el botn Compute

.

Debiendo obtener la siguiente ventana, donde se aprecia el resumen de los resultados de la simulacin en periodos extendidos:

Observamos que se muestra un resultado para cada paso de tiempo hidrulico de 01 hora, existiendo tambin horas intermedias, las cuales corresponden a un cambio operacional ocurrido con algn elemento. Trials, significa el nmero de iteraciones que realiz el programa para balacear la red para cada uno de los pasos de tiempo hidrulico.



6. Visualizacin y verificacin de resultados del Escenario N1

Observaremos grficos de variacin del nivel de agua en el tanque T-1 y la variacin del caudal de bombeo de la bomba PMP-1, para ello haremos uso de grficos temporales, seguir la siguiente secuencia: Sobre el elemento Tanque T-1, hacer click derecho y seleccionar Graph. En la ventana de la derecha en Fields (Campos) elegir slo Hydraulic Grade (Cota piezomtrica). Luego hacer click en OK.

Mostrndose, la grfica de variacin del nivel de agua (cota piezomtrica) en el Tanque T-1.

Tener presente que en la parte superior existe la etiqueta Data, en la cual podr observar los valores del nivel de agua del tanque para las diferentes horas.



Sobre el elemento Bomba PMP-1, hacer click derecho y seleccionar Graph. En la ventana de la derecha en Fields (Campos) elegir slo Flow (Flujo). Luego hacer click en OK.

Obsrvese la grfica del caudal de bombeo, aprecindose que la bomba PMP-1 se apag 03 veces.

En la parte superior existe la etiqueta Data, donde podremos observar los valores del caudal de bombeo de la bomba PMP-1.



Ahora vamos a graficar las curvas de variacin de presiones de los nudos J-3, J-8, J-11 y J-18, para ello haremos uso de otra forma de visualizar grficos, los cuales podrn guardarse en forma permanente:

Hacer click en el botn Graphs . Ahora, en la ventana Graphs, haga click en el botn New y seleccionar Line Series Graph. Deber visualizar, la ventana Select.

Con el botn , seleccionar las uniones J-3, J-8, J-11 y J-16, luego hacer click derecho y elegir Done.

En la ventana de la derecha, hacer un check en Pressure (Presin). Debe quitar el check en Hydraulic Grade (Cota piezomtrica).

Luego hacer click en OK.



Curvas de variacin de presin de los nudos J-3, J-8, J-11 y J-16.

En la ventana Graphs, renombre el grfico creado como: Curvas de Variacin de Presiones en uniones J-3, J-8, J-11 y J-16. Luego, cerrar la ventana Graphs.



7. Creacin de Escenario N2: Bombeo Directo sin Tanque a Velocidad

Constante

El Escenario N2, consistir en realizar la simulacin en periodos extendidos de la misma red de distribucin trabajada en el Escenario N1, considerando bombeo directo a la red sin el tanque de almacenamiento T-1. Para ello utilizaremos el mismo modelo el Escenario N1, desactivando la tubera P-25 y el tanque T-1, haciendo uso de la alternativa topolgica (Activar y desactivar elementos del modelo) Asimismo, los controles operacionales de encendido y apagado de la bomba PMP-2 estar condicionada al caudal que circule por la tubera P-6.



Primero, desactivaremos la tubera P-25 y el Tanque T-1. En la ventana de alternativas, seleccionar la alternativa Base Active Topology (Topologa Activa Base), hacer click derecho y seleccione New y luego Child Alternative. Esta nueva alternativa topolgica, nombrarlo como Sin Tanque. Hacer doble click en la alternativa Sin Tanque.

En lo que corresponde a Pipe (Tubera), desactive la tubera P-25, quite el check en la columna Is Active? Ahora, ingrese a la etiqueta Tank, desactive la tanque T-1, quite el check en la columna Is Active?

Observe que mediante las alternativas topolgicas Ud. puede activar y desactivar elementos de su modelo.



Ahora, crearemos un escenario denominado Escenario N2: Sin Tanque.

En la ventana de escenarios, sobre el escenario Escenario N1: Control del nivel de agua en el Tanque hacer click derecho y seleccione New y luego Child Scenario.

El nuevo escenario renmbrelo como Escenario N2: Sin Tanque. Teniendo seleccionado el nuevo escenario,

hacer click en , para que este escenario sea el activo (Make current).

En la ventana de escenarios, hacer doble click sobre el escenario Escenario N2: Sin Tanque, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de Topologa activa (Active Topology), seleccionando la alternativa Sin Tanque. Tener en cuenta que las otras alternativas sern las mismas que para la primera simulacin.



En el Escenario N2, el funcionamiento de la bomba PMP-2 (Encendido y apagado), se establecer de acuerdo al caudal que circula en la tubera P-6, as:

Si caudal en la tubera P-6 mayor o igual a 65 l/s entonces bomba PMP-2 debe encenderse si no bomba PMP-2 debe apagarse.

Condicin (Condition) Acciones (Actions)

En el men despegable seleccionar nuevamente Components y Controls

Modelamiento Computarizado de Sistemas de Distribución de Agua

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