38966946 manual watercad (1)

CURSO CURSO -- TALLERTALLER

MODELAMIENTO COMPUTARIZADO MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIDISTRIBUCIÓÓN DE AGUAN DE AGUA

AplicaciAplicacióón de WaterCAD V8in de WaterCAD V8i

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

Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo 1

CURSO CURSO -- TALLERTALLER

MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIDISTRIBUCIÓÓN DE AGUAN DE AGUA

AplicaciAplicacióón de WaterCAD V8in de WaterCAD V8i

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

Introducción (1.0 horas)Revisión de conceptos de Sistemas de Distribución de AguaModelamiento de Sistemas de Distribución de AguaHidráulica de Sistemas de Distribución de Agua Programas de Cómputo para al Análisis y Diseño de Sistemas de distribución de Agua WaterCAD V8i. Características.

Taller N°1 (1.5 horas)Análisis Hidráulico en Flujo Permanente

Taller N°2 (2.5 horas)Uso de Escenarios y Alternativas

Taller N°3 (2.5 horas)Análisis Hidráulico en Flujo No Permanente

CAPTACION

Fuente Subterránea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIORED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad

Línea de Impulsión

Línea de AducciónL.C. de agua cruda

Pozo Profundo

Estación 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 + QciQmín

Qmd + QciQmín

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 Híbridos:

Nodo 1 Nodo 2Conexión

(X1,Y1) (X2,Y2)

Uniones, tanques y reservorios

Tuberías

Bombas y válvulas

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


PARTES DE UN MODELO HIDRÁULICO

MODELOS HIDRÁULICOS

Datos del Modelo

Software de Modelamiento

Topología

Datos Físicos

Datos de Demanda

Datos Operacionales

Datos de Condiciones Iniciales

Algoritmo del solución del sistema

TIPOS DE MODELOS HIDRÁULICOS

CONSTRUCCIÓN DEL MODELO

Modelo de Planeamiento y

Diseño

Modelo de Operación

Modelos Estáticos

Modelos Dinámicos

Modelos Estratégicos

Modelos de Detalle


APLICACIONES MODELAMIENTO DE LA RED

Aplicaciones Generales de los modelos matemáticos

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

Ayudan a diagnosticar el estado de la red y detectar sus problemas

Apoyan en estimar la eficiencia hidráulica del sistema y evaluar las fugas

Permiten planificar las mejoras a efectuar en la red de una forma efectiva, aprovechando así mejor las inversiones

Permiten mejorar las condiciones de operación de la red para garantizar las presiones, ahorrar energía, etc.

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

ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRÁULICOIdentificar el Tipo de

Modelo

(Necesidad)

Mapas / Planimetría Cartografía del Sistema

Construcción topológica -Esqueletonización

Información: Tuberías, uniones, válvulas, tanques, bombas, etc.

Demanda de agua

Calibración del Modelo

Cálculos diversos

(Desarrollo Escenarios)

Datos para la Calibración

Programa de Cómputo

Pruebas del Programa

Almacenamiento de Datos

Documentos de Resultados

Estudiar el Programa

I

II

III

IV

V

VI

VII


ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRÁULICO

ETAPA I : Mapas / Planimetría Cartografía del Sistema

Archivos: CAD, GIS, Imágenes Satelitales

ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRÁULICOETAPA II : Construcción topológica - Esqueletonización

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

Determine tuberías a ser incluidas

Procesos manuales o automáticos

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 HIDRÁULICOETAPA II : Construcción topológica - Esqueletonización

Importante:

Grados o Niveles de Esqueletoniozación

Fuente:

ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRÁULICOETAPA III : Información de los componentes

Tuberías: (Pipe)Longitud (2D ó 3D) Longitud real (quiebres)

Diámetro (Real – Interior)

Rugosidad :

Material

� Hazen - Williams (redes de distribución) � Darcy - Weisbach (flujo laminar y turbulento en general)� Chezy - Manning (tuberías de gran diámetro)


ETAPAS DEL MODELAMIENTO HIDRÁULICOETAPA III: Información de los componentes

Nudos: (Junction)Elevación

qi

qi

Demanda

Ingreso de Flujo

Cambio de dirección

Cambio de diámetroD1 D2

A

B

C

A = Nivel del Usuario

B = Nivel de la tubería

C = Nivel de terreno o calzada


Tanques de Almacenamiento: (Tank)Tipo de tanque por su funcionamiento: Cabecera o Flotante

Elevación de Terreno

Niveles de Operación : Máximo, mínimo, inicial, rebose

Sección del tanque (Circular Diámetro)

Diámetros de las tuberías: Ingreso, salida, by pass, rebose, limpia

Componentes hidráulicos: válvulas de cierre, macromedidor, etc.



Bomba: (Pump)Son dispositivos que comunican una carga al flujo que la atraviesa

Como información básica requerimos conocer su curva característica

Bomba nueva: Fabricante

Bomba con años de operación: Mediciones de campo


Válvulas Reductoras de Presión: (VRP)Limitan la presión en el punto aguas abajo para que no exceda de una presión

prefijada, siempre que la presión aguas arriba sea superior a ésta.

Elevación de Terreno

Diámetro de la válvula

Niveles de Operación : Presión ó cota piezométrica prefijada aguas abajo

Reservorio

Pmáx = 50 m.c.a.

LCE

LEH hf

hf

Presión Dinámica Máxima

Pmáx = 50 m.c.a.

sin VRP

con VRPZona de Presión I

Zona de Presión II

hf Pérdida de carga

Línea de Energía HidráulicaLEHLCE Línea de Carga Estática

LCE

LEH

LEH

Pmáx

CRP - VRP - PRV

Cámara Reductora de PresiónCRP - VRP - PRV



Reservorio

Pmáx = 50 m.c.a.

LCE

LEH hf

hf


Pmáx = 50 m.c.a.

sin VRP


Zona de Presión II



LCE

LEH

LEH

Pmáx

CRP - VRP - PRV


Válvulas Sostenedoras de Presión: (VSP)Limitan la presión en el punto aguas abajo para que no exceda de una presión

prefijada, siempre que la presión aguas arriba sea superior a ésta.


ETAPA IV : Demanda de agua

CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA DE LOS NUDOS

Gasto por unidad de lote o conexión

Gasto por unidad de longitud

Gasto por unidad de área – Método de Áreas


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

Límite de Area de Influencia

Red Matriz

Mediatrices

CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE INFLUENCIA MÉTODO DE ÁREAS

NudoArea de Influencia de cada nudo (Ai)

Caudal de Influencia (qi)

1 - -2 A-02 q2

3 A-03 q3

4 A-04 q4

5 A-05 q5

6 A-06 q6

7 A-07 q7

8 A-08 q8

9 A-09 q9

TOTAL AT QD

AT = ∑ Ai

QD = ∑ qi

AT = ∑ Ai

qi = qu x Ai

qu = QD / AT Caudal Unitario

Area Total = Area de Servicio

Caudal de Diseño

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 / LibrePágina WEBNombrePrograma de cómputo

WATNET

ETAPA V: PROGRAMAS DE CETAPA V: PROGRAMAS DE CÓÓMPUTO UTILIZADOS EN EL ANMPUTO UTILIZADOS EN EL ANÁÁLISIS Y DISELISIS Y DISEÑÑO DE REDES DE DISTRIBUCIO DE REDES DE DISTRIBUCIÓÓN DE AGUAN DE AGUA



ETAPA VI : Calibración 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 decisióónn

Variables que se ajustan:Variables que se ajustan:

HIDRHIDRÁÁULICOSULICOS

Coeficientes de pCoeficientes de péérdidas de carga por friccirdidas de carga por friccióón en los tramosn en los tramos

Consumos de agua Consumos de agua –– DemandaDemanda

EstadoEstado

DiDiáámetro 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 : Calibración del Modelo


Pmodelo = Pmedido en campo HGLmodelo = HGLmedido en campo



ETAPA VII : Cálculos 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 cáálculos con un modelo lculos con un modelo NONO calibradocalibrado

Diferentes ESCENARIOS de cálculo

ESQUEMA DE UNA RED MATRIZLEYENDA

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

Tramo: Segmento de tubería, que va de nudo a nudo, dará servicio a un área definida. Debe llevar una numeración correlativa para su identificación

Nudo: Puntos de encuentro de tramos, o de ingreso o salida de agua, o cambio de diámetro. Cada nudo tiene su área de influencia. Debe llevar una numeración correlativa para su identificación


ANANÁÁLISIS Y SIMULACILISIS Y SIMULACIÓÓN DE REDES DE DISTRIBUCIN DE REDES DE DISTRIBUCIÓÓN DE AGUAN DE AGUA

El análisis y simulación de redes se realiza para investigar la relación compleja que existe entre las características de la red, la demanda de los consumidores (Doméstico, comercial, Industrial y público), los caudales y cargas en un momento determinado.

Básicamente se calcula caudales, presiones y valores asociados en un momento determinado, mediante un cálculo hidráulico (al modelo matemático).

Aplicaciones del análisis y simulación de redes:

Conocer el comportamiento de los sistemas de distribución de agua.

Estimación de niveles de servicio.

Diseño de nuevos sistemas.

Evaluación dela capacidad de conducción de la red existente.

Uso eficiente y/o reforzamiento de las redes existentes.

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

ANANÁÁLISIS DE FLUJO PERMANENTE LISIS DE FLUJO PERMANENTE -- ANANÁÁLISIS ESTLISIS ESTÁÁTICOTICO

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

AANNÁÁLISIS DE FLUJO NO PERMANENTE LISIS DE FLUJO NO PERMANENTE -- ANANÁÁLISIS DINAMICO LISIS DINAMICO -- SIMULACISIMULACIÓÓN DE N DE PERIODOS EXTENDIDOSPERIODOS EXTENDIDOS -- SIMULACISIMULACIÓÓN CONTINUA N CONTINUA -- SIMULACISIMULACIÓÓN EN EL TIEMPO.N EN EL TIEMPO.

En una red de agua potable la demanda varía durante el día, y con ello los niveles en los tanques y la operación de la bomba y se busca la distribución de caudales y presiones en la red para diferente instantes del día (Ejemplo cada hora). Se puede decir que un análisis 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 - Condición 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 conexión entre los nudos i y j

Σ Qij + qi = 0j=1

m

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

Nudo i

q

Q1 Q3

2Q

i

Q1 + Q2 - Q3 + qi = 0

CCÁÁLCULO HIDRLCULO HIDRÁÁULICO DE REDES DE DISTRIBUCIULICO DE REDES DE DISTRIBUCIÓÓN 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 - Condición de Continuidad

CCÁÁLCULO HIDRLCULO HIDRÁÁULICO DE REDES DE DISTRIBUCIULICO DE REDES DE DISTRIBUCIÓÓN DE AGUAN DE AGUA

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

q1q2 q3

q4 q6q5

Q1

Σ qs + Qi = dV/dts=1

mΣn

i=1


Segunda Ley de Kirchoff - Condición de Conservación de Energía

- Donde:

- hfj = Pérdida de carga en el tramo ij

- m = Cantidad de tramos en el circuito

Σ 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 pérdidas de carga en las tuberías eses igual a cero

FÓRMULAS UTILIZADAS EN EL CÁLCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESIÓN

1) Fórmula de Darcy - Weisbach L V 2

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

Donde:

hf = Pérdida de carga [m]

f = Factor de fricción [sin dimensiones]

D = Diámetro [m]

L = Longitud del tubo [m]

V = Velocidad media de flujo [m/s]

G = aceleración de la gravedad [m/s2]

k = rugosidad

Re = Número 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 número de Reynolds no rebasa el valor crítico 2300

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

Colebrock – White presentaron esta fórmula para la zona de transición 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


FÓRMULAS UTILIZADAS EN EL CÁLCULO DE RESISTENCIA AL FLUJO EN CONDUCTOS A PRESIÓN

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

Donde:

Q = Caudal [m3/s]

C = Coeficiente de rugosidad [sin dimensiones]

A = Área [m2]

R = Radio hidráulico [m]

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

hf = Pérdida de carga [m]

D = Diámetro [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 presión:

hf = m Qn

n = 1.85 (Fórmula de Hazen y William)

n = 2 (Fórmula de Darcy – Weisbach)

HISTORIA DE LA MODELACIÓN DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

Fuente: BENTLEY


MMÉÉTODOS DE CTODOS DE CÁÁLCULO LCULO -- MMÉÉTODOS DE VERIFICACITODOS DE VERIFICACIÓÓNN

Método de Hardy Cross con corrección de caudales en los circuitos

Método de Hardy Cross con corrección de cotas piezométricas en los nudos

Método de Linealización - Teoria Lineal

Método de Newton Raphson

Método del Gradiente

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

¿¿PresiPresióón?n?¿¿Velocidad?Velocidad?

CCáálculo Hidrlculo HidrááulicoulicoMétodos de Verificación

Permiten hallar el flujo real por cada tramo

Predimensionamiento de la RedPredimensionamiento de la RedCálculo de los diámetros de los tramos

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

Presión (P) en los Nudos

Modelamiento

del Sistema

NoNo

SSíí

DIAGRAMA DE FLUJO DEL CÁLCULO DE UNA RED DE DISTRIBUCÍÓN DE AGUAViene

Va

Programas Programas de Cde Cóómputomputo


¿¿MMíínimo nimo Costo?Costo?

NoNo

SSíí



WaterCAD Stand Alone

WaterCAD for AutoCAD

WaterGEMS

Visitar las siguientes páginas 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 extensión principal del

WaterCAD es:

*.WTG

Nota: en un proyecto se generarán otros archivos como:

*.MDB*.

Edición de la Planimetría

Cartografía / Planimetría

Entorno Gráfico

Diferencias entre Plataformas de Trabajo


Fuente: BENTLEY

Fuente: BENTLEY


WaterCAD Stand Alone (Interfaz Autónoma)


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

TuberTuberíía a presia a presióón n –– TramoTramo

UniUnióón a presin a presióón n –– Nudo (N)Nudo (N)

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

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

UniUnióón a presin a presióón n –– Nudo (N)Nudo (N)

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

BombaBomba

BaterBateríía 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 DISTRIBUCIÓÓN DE AGUAN DE AGUA

VVáálvula de Control de Flujolvula de Control de Flujo

VVáálvula Reductora de Presilvula Reductora de Presióónn

VVáálvula Sostenedora de Presilvula Sostenedora de Presióónn

VVáálvula Rompedora de Presilvula Rompedora de Presióónn

VVáálvulalvula de control de control (I(Impedimentompedimento))

VVáálvula de Proplvula de Propóósito Generalsito General

FlowFlow Control Control ValveValve

PressurePressure ReductionReduction ValveValve

PressurePressure SustainingSustaining ValveValve

PressurePressure BreakerBreaker ValveValve

ThrottleThrottle Control Control ValveValve

General General PurposePurpose ValveValve

VVáálvula de Aislamientolvula de Aislamiento


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

ReservorioElevación de Agua

(m)R-1 N.A.

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

RESERVORIO


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

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

Tipo de tanque por su funcionamiento: Cabecera o Flotante

TUBERÍA A PRESIÓN

TuberTuberíía: a: Tubería a presión que interconecta una estructura hidráulica con otra.


UNIONES A PRESIÓN

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

qi

BOMBA

Bomba: Bomba: Elemento hidráulico que permite incrementar presión al sistema.


Válvula Reductora de Presión

Reservorio

Pmáx = 50 m.c.a.

LCE

LEH hf

hf


Pmáx

sin VRP


Zona de Presión II



LCE

LEH

LEH

Pmáx

CRP - VRP - PRV


Válvula Sostenedora de Presión

LEH

LCE

Area de Servicio I

LEH - con VSP

Reservorio

hf

sin VSP

ReservorioLCE

LEH con VSP

Area de Servicio II

Cámara Sostenedora de PresiónPresión Dinámica Máxima

Línea de Carga EstáticaLínea de Energía Hidráulica

CSP - VSP - PSV

hf Pmáx

LEHLCE

Pérdida de carga

CSP - VSP - PSV


Válvula de Control de Flujo

Desarrollo de Talleres con WaterCAD V8i

MMOODDEELLAAMMIIEENNTTOO CCOOMMPPUUTTAARRIIZZAADDOO DDEE SSIISSTTEEMMAASS DDEE DDIISSTTRRIIBBUUCCIIÓÓNN DDEE AAGGUUAA TTAALLLLEERR NN°°11

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

MMOODDEELLAAMMIIEENNTTOO CCOOMMPPUUTTAARRIIZZAADDOO DDEE SSIISSTTEEMMAASS DDEE DDIISSTTRRIIBBUUCCIIÓÓNN DDEE AAGGUUAA

Taller N°1

CONTENIDO

Análisis Hidráulico de una Red de Distribución en Estado Estático

Preparado por: Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo

MMOODDEELLAAMMIIEENNTTOO CCOOMMPPUUTTAARRIIZZAADDOO DDEE SSIISSTTEEMMAASS DDEE DDIISSTTRRIIBBUUCCIIÓÓNN DDEE AAGGUUAA TTAALLLLEERR NN°°11 –– PPÀÀGGIINNAA 1


Taller N°1

Análisis Hidráulico en Flujo Permanente de una Red de Distribución de Agua

Realizar el cálculo hidráulico de la red de distribución mostrada en el Gráfico N°1, en Estado Estático, aplicando el Programa de Cómputo WaterCAD/GEMS.

Gráfico N°1

Observa: que el modelo de la red de distribución está compuesto por un Tanque (Tank T-1), tuberías a presión (P-1, P-2, P-3, ...) y uniones a presión (J-1, J-2, J-3, .).



1. Creación y Configuración de un Nuevo Proyecto

1. En el Menú despegable seleccionar

File/New ó Ctrl+N.

Luego, al crear un nuevo modelo, en primer lugar se deberá definir la configuración básica del Proyecto. Para ello en el menú Analysis seleccionar Calculation Options (Opciones de cálculo).

2. En la ventana de la derecha,

aceptaremos la configuración por defecto que se muestra. Así tenemos que la ecuación de Hazen – Williams se usará como método de cálculo de la fricción (Friction Method).

3. Ver que el tipo de análisis (Time

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

4. Como líquido a modelar se considera

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

Cabe señalar que: ♦ WaterCAD/GEMS, puede modelar tuberías a presión con diferentes fluidos a diversas

temperaturas ♦ Para balancear hidráulicamente la red, utiliza el Método 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 tamaños de los textos y símbolos.

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

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

En la ventana Options, en la etiqueta <Units>, en <Reset Defaults>, seleccionar SI (System International)

También 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 hidráulico. Para ello, vaya al menú View y seleccionar Prototypes. Hacer click en el botón New, para crear un nuevo prototipo (Pipe Prototype-1)

Para el caso de las tuberías (Pipe), en la ventana de diálogo de la derecha configurar como se muestra, donde se considera como datos por defecto: Diámetro = 100 mm Material = PVC Hazen y William C = 140 Luego cerrar la ventana Prototypes (Prototipos). Recordar que estos serán datos que por defecto contendrá cada tubería al inicio, luego se podrá modificar sus datos para cada uno de ellos.

Guardar como “Taller N°1_AHEE.wtg”, en la siguiente carpeta C:\Mis documentos\Taller N°1.



2. Recuperación de la Cartografía (Planimetría)

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

En el menú despegable View, seleccionamos la opción Background Layers.

En la ventana de diálogo Background Layers.

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

En el directorio C:\Mis documentos\Taller N°1, ubicar y abrir el archivo “Plano Taller N°1.dxf”.

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



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

Si no aparece la planimetría, presionar el botón zoom extents de la barra de herramientas superior para obtener una vista de toda la extensión del modelo.



3. Ubicación de Componentes y trazado de la Red de Distribución de

Agua. Luego de recuperar la planimetría, se inicia con ubicar cada uno de los componentes de la red de distribución y el trazado de las tuberías, 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 señalado en el gráfico.

Barra de Prototipos



4. Ingreso de Datos – Entering Data

A) Ingresando datos a través de ventanas de diálogo 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 - Mínimo: 422 m - Inicial: 425 m - Máxima : 425 m Physical: - Elevación: 420 m.s.n.m. - Diámetro: 16 m Recordar que el WaterCAD/GEMS, calcula las cotas piezométricas a partir de la elevación inicial (Elevation Initial). Este es un dato de condición inicial (Initial Setting)



B) Ingresando Datos a través Tablas Flexibles – FlexTables:

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

1. Hacer click en el en el botón FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinámicas. Seleccionar Pipe Table.

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

Hacer click en (Edit). Observa que puedes añadir 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 operación SET, digitar en Global Edit 140 y luego hacer click en OK



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

Presión – Junction Table.

Ingresar la elevación (Elevation) de cada unión.

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

Hacer click en (Edit). Observa que puedes añadir 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.



ASIGNACIÓN 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 botó de la izquierda y seleccionar Initialize Demands for All Elements.

Asignar la demanda a cada unión, 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 Cálculo. Run - Correr el Programa

1. Hacer click en el ícono Debiendo obtener la ventana de la derecha. En la cual el programa señala que la red se ha balanceado después de 04 iteraciones (Trials) con un error de cierre

QΔ = 0.0003147. .

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

En esta ventana el programa señala que el tanque está lleno (Full) Recordar que el WaterCAD /GEMS, para efectuar el balance hidráulico, es decir determinar los caudales reales que circula por cada tubería, hace uso del Método del Gradiente.



6. Visualización y verificación de resultados

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

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

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

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



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

Hacer click en el en el botón FlexTables, para mostrar las tablas dinámicas. Seleccionar Pipe Table.

Verifique que sus resultados de las tuberías coincidan con lo que se muestra a continuación:

En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente: Flow = Caudal que circula por dicha tubería Velocity = Velocidad del flujo Headloss Gradient = Gradiente de pérdida de carga Headloss (friction) = Pérdida de carga por fricción con las paredes de la tubería 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 número de decimales (format).



Para el caso de las Uniones a presión seleccionar la Tabla de Reporte de Uniones a Presión – Junction Table. Verifique que sus resultados en las uniones coincidan con lo que se muestra a continuación:

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

Demand = Demanda total de agua requerida en la unión Hydraulic Grade = Cota piezométrica en la unión Pressure = Presión en la unión

Responder: Para las tuberías

Pregunta Tubería Valor

¿Qué tubería tiene la mayor velocidad y cuál es su valor en m/s?

¿Qué tubería tiene la mayor pérdida de carga y cuál es su valor en m?

Para las uniones

Pregunta Unión Valor

¿Qué unión tiene la mayor presión y cuál es su valor en mH2O?

¿Qué unión tiene la menor cota piezométrica y cuál es su valor en m?



Otras formas de reporte son: D) Element Symbology

Con esta herramienta podemos: Color Coding : colorear la red de acuerdo algún atributo ó Annotation : anotaciones en los elementos del modelo. Colorear los nudos en función a la presión:

Colorear las tuberías en función a la velocidad:

F) GeoGrapher: Administrador de Gráficos

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

I) Contour: para graficar isolíneas, es decir curvas de igual elevación, presión, etc.

Nota.- seguir las indicaciones del instructor para su aplicación




Taller N°2

CONTENIDO

Análisis Hidráulico en Estado Estático Uso de Escenarios y Alternativas




Taller N°2

Análisis Hidráulico en Estado Estático – Uso de Escenarios y Alternativas

En el presente Taller, aplicando escenarios y alternativas, realizaremos las siguientes 02 simulaciones hidráulicas de la red mostrada: Simulación N°1: Se analizará para condiciones de demanda máxima, el Escenario se

denominará “Demanda Máxima”. Simulación N°2: Analizaremos para las mismas condiciones de demanda máxima y la

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

Gráfico N°1 Observa: que el modelo de la red de distribución está compuesto por un Tanque (Tank T-1), Reservorio (R-1), Bomba (PMP-1), Válvulas Reductoras de Presión (PRV-1 y PRV-2), tuberías a presión (P-1, P-2, P-3, ...) y uniones a presión (J-1, J-2, J-3, .).



1. Edición del Modelo

En el Menú despegable seleccionar File/Open ó Ctrl+O, buscar y abrir el archivo existente “Taller N°2.wtg”. Debiéndose visualizar la red del Gráfico N°1 de la página 1. Ingresando Datos de Demanda: Haciendo uso del Centro de Control de Demandas, ingresar la demanda máxima en cada una de las uniones del modelo.

Unión Demanda Máxima (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 botón 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 menú seleccionar l/s como unidad de demanda con 2 decimales. Hacer click en Ok. Ahora ingrese los valores de la demanda máxima dada.



Ingresando datos del Tanque:

Tanque Elevación

Base (m)

Elevación Mínima

(m)

Elevación Inicial (m)

Elevación Máxima

(m)

Diámetro (m)

T-1 120 121 122 125 16

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

En la ventana de la derecha ingresar en: Operating Range: - Base: 120 m - Mínimo: 121 m - Inicial: 122 m - Máxima : 125 m Physical: - Elevación: 120 m.s.n.m. - Diámetro: 16 m Recordar que el WaterCAD/GEMS, calcula las cotas piezométricas a partir de la elevación inicial (Elevation Initial). Este es un dato de condición inicial (Initial Setting)



Ingresando datos del Resevorio:

Reservorio Elevación (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 símbolo.

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

Ingresando datos de las Válvulas Reductoras de Presión (PRV-1 y PRV-2):

Válvula Elevación (m)

Diámetro (mm)

HGL Inicial (Hydraulic Grade)

(m)

Dirección 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 válvulas reductoras de presión, lo haremos haciendo uso de los reportes tabulares. Para ello:

1. Hacer click en FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinámicas. 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 válvulas reductoras de presión (PRV-1 y PRV-2), verifique que en el campo Setting Type (Tipo de configuración), figure Hydraulic Grade (Cota piezométrica).

Datos de la Bomba (PMP-1):

Bomba Elevación (m)

PMP-1 58

Descarga

(l/s) Carga

(m)

0 85

60 70

80 50

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

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



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

Ingresando datos de las Tuberías:

A partir del archivo de Excel “Datos Taller N°2” (Ubicarlo en el directorio), copiar los datos de longitud (Length) y diámetro (Diameter). Abrir el archivo de Excel.

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



Debiendo mostrar lo siguiente:

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

Del archivo de Excel “Datos Taller N°2”, copiar los datos de Elevación (Elevation).

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



Debiendo mostrar lo siguiente:

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



2. Simulación 1: Condición de Demanda Máxima

Realizado la edición 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 Máxima”.

.

Asimismo, este escenario tendrá como alternativa de demanda “Demanda Máxima”, para lo cual en la ventana de alternativas, renombramos la alternativa de demanda “Base Demand” como se muestra.

Antes de ejecutar el escenario “Demanda Máxima”, debe verificar que en las opciones de cálculo (Calculation Options), que como Tipo de cálculo (Calculation Type), sea hidráulico (Hydraulics Only) y que el tipo de análisis (Time Analysis Type) sea en estado Estático (Steady State). Debiendo observarse su ventana de propiedades como se muestra a la derecha.

.



Hacer click en el ícono Debiendo obtener la ventana:

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





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

La segunda simulación consistirá en analizar la red para la condición de demanda máxima y la atención de un incendio en el nudo J-10, el cual se atenderá con un caudal igual a 30 l/s. Por lo que la demanda total en el Nudo J-10, será 35 l/s (5 l/s (Demanda Máxima) + 30 l/s (Caudal pata atender el incendio)). Para ello, definiremos una nueva alternativa de demanda, para luego crear un nuevo escenario para esta simulación. En la ventana de alternativas, sobre la alternativa de demanda “Demanda Máxima” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Alternative.

La nueva alternativa de demanda “Demand Alternative – 1”, renómbrelo como “Demanda Máxima + Demanda de Incendio en J-10”. Observar que la nueva alternativa está como hijo de la alternativa anterior, habiendo heredado todos sus valores. En la nueva alternativa, corregiremos únicamente la demanda de la unión J-10.

Hacer doble click sobre la alternativa “Demanda Máxima + Demanda de Incendio en J-10” e ingresar una demanda de 35 l/s en la unión 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 Máxima + Demanda de Incendio en J-10”. En la ventana de escenarios, sobre el escenario “Demanda Máxima” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Scenario.

El nuevo escenario “Scenario - 1”, renómbrelo como “Demanda Máxima + Demanda de Incendio en J-10”. Observar que el nuevo escenario está 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 Máxima + Demanda de Incendio en J-10”, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de demanda (Demand), seleccionando la alternativa “Demanda Máxima + Demanda de Incendio en J-10”. Tener en cuenta que las otras alternativas serán las mismas que para la primera simulación.



Retornando a la ventana de Escenarios, haga click en

el botón despegable y seleccionar Batch Run.

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

En el mensaje de confirmación (Please Confirm), hacer click en Sí. Luego tendremos el siguiente mensaje de finalización, hacer click en Aceptar.

Visualice y verifique, mediante los reportes tabulares (Tablas), los parámetros de entrada y resultados que prefiera de esta segunda simulación. Para ello, primero deberá asegurarse que el escenario “Demanda Máxima + Demanda de Incendio en J-10” se encuentre activo,

haciendo click en (Make Current), debiendo observarse:



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





4. Resultados


Simulación 1 Simulación 2

Pregunta Tubería Valor Tubería Valor

¿Qué tubería tiene la mayor velocidad y cuál es su valor en m/s?

¿Qué tubería tiene la mayor pérdida de carga y cuál es su valor en m?

Para las uniones


Pregunta Unión Valor Unión Valor

¿Qué unión tiene la mayor presión y cuál es su valor en mH2O?

¿Qué unión tiene la menor cota piezométrica y cuál es su valor en m?

Para el Tanque


Pregunta Llenando

ó vaciando

Caudal Llenando ó vaciando Caudal

¿Cuál es la situación del Tanque se está llenando o vaciando y con qué caudal?

Ejercicio Adicional: Realice la siguiente simulación: Simulación N°3: Modificaremos el diámetro de las tuberías P-2, P-3 y P-11, Ahora serán de

300 mm, 250 mm y 150 mm respectivamente. Estas modificaciones las analizaremos para la demanda máxima. El Escenario se denominará “Demanda Máxima + Diámetros modificados P-2, P-3 y P-11”.




Taller N°3

CONTENIDO

♦ Análisis Hidráulico de una Red de Distribución en Periodos

Extendidos (Flujo No Permanente). Considerando reservorio, bomba, tanque, tuberías a presión y uniones a presión.

♦ Asignación de Patrones de Consumo ♦ Controles Operacionales




Taller N°3

Análisis Hidráulico en Flujo No Permanente de una Red de Distribución de Agua

Realizar el análisis hidráulico en periodos extendidos de la red de distribución de agua mostrada en la siguiente figura:

Aplicando escenarios y alternativas, generaremos 02 escenarios: Simulación N°1: Se analizará para un periodo de 24 horas, el control de encendido y

apagado de las bombas PMP-1 y PMP-2 se realizará en función al nivel de agua en el tanque T-1, el Escenario se denominará “Escenario N°1: Control del nivel de agua en el Tanque”.

Simulación N°2: En esta segunda simulación en periodos extendidos (24 horas),

analizaremos la red considerando el bombeo directo a la red pero sin el tanque de almacenamiento, debiendo desactivar la tubería P-25 y el tanque T-1, por lo que el control de encendido y apagado de la bomba PMP-2 se realizará en función al caudal que circula en el tramo P´6, el Escenario lo denominaremos “Escenario N°2: Sin Tanque”.



1. Creación e Ingreso de los Patrones Hidráulicos de Demanda

En el Menú despegable seleccionar File/Open ó Ctrl+O, buscar y abrir el archivo existente “Taller N°3.wtg”. Debiéndose visualizar la red mostrada en la página 1. Este archivo contiene el modelo ya elaborado, donde ya se ingresó los datos físicos (elevaciones en las uniones, elevaciones en el tanque, características de la bomba, características de las tuberías), 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 Análisis Hidráulico en Periodos Extendidos, debemos ingresar al programa de cómputo la variación de cada tipo de consumo durante el periodo de análisis, a través de los Patrones Hidráulicos (Pattern Hidraulic), los cuales luego se asignarán a cada unión a presión (Pressure Junction). Para el presente Taller crearemos dos patrones de consumo los cuales denominaremos: uno “Residencial” y el otro “Comercial”. En el menú despegable seleccionar Components / Patterns. Debiendo aparecer la ventana de la derecha Patterns. Para el caso de patrones de consumo deberá seleccionar la categoría de patrones hidráulicos “Hydraulic”.



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



Nuevamente, hacer click en el botón New e ingresar el nombre del otro patrón de consumo como “Comercial”. Ingresar los valores mostrados en la ventana de la derecha. El Tiempo inicial (Start Time), definir como: 00:00:00 ó 12:00:00 a.m., depende de la configuración de su Sistema operativo Windows. Como multiplicar inicial (Starting Multiplier) digitar 1.20, en formato de patrón (Pattern Format) seleccionar: Continuo (Continous) Completar la tabla inferior como se muestra. Ahora, los patrones de consumo creados, deberán ser asignados a las uniones a presión (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 patrón correspondiente a cada una de las uniones, como se muestra al lado derecho. Luego cerrar la ventana (Close).



2. Configuración de la eficiencia de las bombas del sistema

Ahora, vamos a definir la eficiencia de la bomba, para ello en el menú despegable seleccionar Components y Pump Definitions. Seleccione la “Bomba-1”. Observar que dicha bomba ya tiene ingresado sus características (Curva de la bomba, definida por 03 puntos). Ingrese a la opción 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 Definición de Bomba (Pump Definition) “Bomba-1”. Lo mismo en la ventana de propiedades de la bomba PMP-2, seleccione en Definición 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 cálculo (00:00:00 horas).



3. Configuración de Controles Operacionales

En el Escenario N°1, el funcionamiento de las bombas (Encendido y apagado), se establecerán de acuerdo al nivel de agua en el tanque de almacenamiento, así:

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.

Condición (Condition) Acción (Action)

En el menú despegable seleccionar Components y Controls.

Debiendo mostrase la siguiente ventana:



Seleccione la pestaña Conditions. Luego haga click en el botón New y seleccione la opción Simple.

Configurar la primera condición (Conditions) como se muestra a continación: Condition Type: Element

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



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

Ahora, seleccione la pestaña Actions. Luego haga click en el botón New y seleccione la opción Simple.



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

A continuación, seleccione la pestaña Controls, para configurar los controles combinando las

condiciones y acciones creadas anteriormente, luego haga click en el botón New . En la parte inferior se despliega las opciones de configuración donde el opeador <IF> solicita una condición, mientas los operadores <THEN> y <ELSE> piden se seleccione las acciones correspondientes. A continuación se observa la creación del primer control:



Crear los controles restantes, debiendo mostrarse lo siguiente:

Los 04 controles lógicos creados, serán utilizados en el Escenario N°1, para ello debemos hacer que estos controles se agrupen en un “SET” de controles lógicos.

Ingrese a la pestaña Logical Control Sets. Hacer click en el botón New .



En la ventana Logical Control Set, añadir (con el botón Add) los cuatro controles lógicos 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. Creación del Escenario N°1: 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 N°1: Control del nivel de agua en el Tanque”.



Ingrese en la ventana de Calculation Options, hacer doble click sobre la opción de cálculo Base y configúrelo como se muestra a la derecha. En la ventana de propiedades de la opción de cálculo Base, seleccione en Time Análisis Type “EPS” (Simulación en Periodos Extendidos”. Como tiempo inicial (Start Time) las 12:00:00 a.m. ó 00:00:00, dependerá de la configuración del sistema Windows. La duración (Duration) será 24 horas, el paso de tiempo hidráulico (Hydraulic Time Step) de 1 hora (Quiere decir que el programa nos proporcionará resultados hidráulicos cada hora) Regresando a la ventana de escenarios, hacer doble click sobre el escenario “Escenario N°1: 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. Ejecución del Escenario N°1

En la ventana de Escenarios, seleccionar el escenario “Escenario N°1: Control del nivel de agua en el Tanque” y haga click en el botón Compute

.

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

Observamos que se muestra un resultado para cada paso de tiempo hidráulico de 01 hora, existiendo también horas intermedias, las cuales corresponden a un cambio operacional ocurrido con algún elemento. Trials, significa el número de iteraciones que realizó el programa para balacear la red para cada uno de los pasos de tiempo hidráulico.



6. Visualización y verificación de resultados del Escenario N°1

Observaremos gráficos de variación del nivel de agua en el tanque T-1 y la variación del caudal de bombeo de la bomba PMP-1, para ello haremos uso de gráficos 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 sólo Hydraulic Grade (Cota piezométrica). Luego hacer click en OK.

Mostrándose, la gráfica de variación del nivel de agua (cota piezométrica) en el Tanque T-1.

Tener presente que en la parte superior existe la etiqueta Data, en la cual podrá 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 sólo Flow (Flujo). Luego hacer click en OK.

Obsérvese la gráfica del caudal de bombeo, apreciándose que la bomba PMP-1 se apagó 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 variación de presiones de los nudos J-3, J-8, J-11 y J-18, para ello haremos uso de otra forma de visualizar gráficos, los cuales podrán guardarse en forma permanente:

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

Con el botón , 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 (Presión). Debe quitar el check en Hydraulic Grade (Cota piezométrica).

Luego hacer click en OK.



Curvas de variación de presión de los nudos J-3, J-8, J-11 y J-16.

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



7. Creación de Escenario N°2: Bombeo Directo sin Tanque a Velocidad

Constante

El Escenario N°2, consistirá en realizar la simulación en periodos extendidos de la misma red de distribución trabajada en el Escenario N°1, considerando bombeo directo a la red sin el tanque de almacenamiento T-1. Para ello utilizaremos el mismo modelo el Escenario N°1, desactivando la tubería P-25 y el tanque T-1, haciendo uso de la alternativa topológica (Activar y desactivar elementos del modelo) Asimismo, los controles operacionales de encendido y apagado de la bomba PMP-2 estará condicionada al caudal que circule por la tubería P-6.



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

En lo que corresponde a Pipe (Tubería), desactive la tubería 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 topológicas Ud. puede activar y desactivar elementos de su modelo.



Ahora, crearemos un escenario denominado “Escenario N°2: Sin Tanque”.

En la ventana de escenarios, sobre el escenario “Escenario N°1: Control del nivel de agua en el Tanque” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Scenario.

El nuevo escenario renómbrelo como “Escenario N°2: 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 N°2: Sin Tanque”, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de Topología activa (Active Topology), seleccionando la alternativa “Sin Tanque”. Tener en cuenta que las otras alternativas serán las mismas que para la primera simulación.



En el Escenario N°2, el funcionamiento de la bomba PMP-2 (Encendido y apagado), se establecerá de acuerdo al caudal que circula en la tubería P-6, así:

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

Condición (Condition) Acciones (Actions)

En el menú despegable seleccionar nuevamente Components y Controls.

En la ventana de Controles (Controls), seleccione la pestaña Conditions. Luego haga click en

el botón New y seleccione la opción Simple. Configurar la condición (Conditions), para este Escenario N°2, como se muestra a continación: Condition Type: Element

Element: P-6 (Para ubicar la tubería P-6 hacer uso del botón ) Pipe Attribute: Flow (Caudal o Flujo) Operator: >= Discharge: 65 l/s.



A continuación, seleccione la pestaña Controls, para configurar los controles combinando las

condicion y acciones creadas anteriormente, haga click en el botón New . En la parte inferior se despliega las opciones de configuración donde el opeador <IF> solicita una condición, mientas los operadores <THEN> y <ELSE> piden se seleccione las acciones correspondientes. A continuación se observa la creación del control:

Este último control lógico creado, será utilizado en el Escenario N°2, para ello debemos hacer que este control integre un “SET” de controles lógicos.

Ingrese a la pestaña Logical Control Sets. Hacer click en el botón New . En la ventana Logical Control Set, añadir (con el botón Add) el último control lógico de la izquierda a la derecha, como se muestra. Luego hacer click en OK.



Nombre el nuevo Grupo de Control (Control Set) como “Bomba PMP-2 controlado por el caudal en P-6”. Luego cerrar la ventana.

En la ventana de alternativas, seleccionar la alternativa Operational (Operacional), hacer click derecho y seleccione New y luego Base Alternative y nombrarlo como “Control sin Tanque”.

Ahora debe hacer doble click sobre la alternativa creada “Control sin Tanque”. En la siguiente ventana seleccionar en Control Set “Bomba PMP-2 controlado por el caudal en P-6”, debiendo mostrar lo siguiente:

Hacer click en Close.



En la ventana de escenarios, sobre el escenario “Escenario N°1: Control del nivel de agua en el Tanque” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Scenario, nombre el nuevo escenario como “Escenario N°2: Sin Tanque”.

Hacer doble click sobre el escenario “Escenario N°2: Sin Tanque”, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de operacional (Operational), seleccionando la alternativa “Control sin Tanque”.

Otra vez, estando en la ventana de Escenarios, seleccionar el escenario “Escenario N°2: Sin Tanque” y haga click en el botón Compute

.



Debiendo obtener la siguiente ventana, donde se aprecia el resumen de los resultados de la simulación en periodos extendidos del Escenario N°2:

Grafique las curvas de variación de presión de los nudos J-3, J-8, J-11 y J-16, para el Escenario N°2, debiendo observase:



8. Resultados


Simulación 1 Simulación 2 Pregunta

Tubería Valor Tubería Valor

¿A las 14 horas, qué tubería tiene la mayor velocidad y cuál es su valor en m/s?

¿Qué tubería tiene la mayor pérdida de carga y cuál es su valor en pies, a las 8 horas?

Para las uniones



¿A la hora de mínimo consumo, qué unión tiene la menor cota piezométrica y cuál es su valor en m?

¿A qué hora se presenta la menor presión en el sistema, cuál es su valor en PSI y en qué Nudo se presenta?

Para las bombas y tanque



¿A las 18 horas, cuál es el nivel de agua en el tanque en m?

¿A las 20 horas, cuál es el estado de la bomba PMP-1 y cuál es su potencia en HP?

38966946 manual watercad (1)

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