Calibración Hidráulica en Estado Estático Objetivo General En este ejercicio, a usted se le entregará una Red previamente configurada, cuyos datos han sido ingresados utilizando los mejores datos disponibles sobre planos de una Red real. Igualmente, se le suministrarán un conjunto de datos de campo incluyendo las medidas de presiones obtenidas durante un día promedio de uso de agua y los resultados de dos pruebas de incendio. Usted deberá calibrar el modelo para reproducir los resultados de las medidas de presiones.
Objetivos Específicos del Taller Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS: Familiarizarse con el módulo Darwin Calibrator
Entender el proceso de importar datos de campo (mediciones)
Ejecutar manualmente calibraciones hidráulicas basadas en mediciones de campo
Ejecutar calibraciones automatizadas basadas en técnicas de Algoritmos Genéticos
Descripción del Problema En este ejercicio, el ingeniero utilizará la herramienta Darwin Calibrator® para encontrar la mejor solución calibrada del sistema en estudio. Luego del proceso inicial de calibración, se llevarán a cabo ajustes individuales para lograr un buen ajuste final del modelo. En la siguiente página se detalla la información en tres grupos de datos de campo para ser utilizados durante la calibración. Los siguientes son los tipos de datos suministrados.
Presiones medidas en varios nodos durante condiciones estáticas. Presiones residuales en hidrantes durante pruebas de flujo. Presión en el nodo de descarga de la bomba (J‐1)
El ingeniero también contará con las medidas de flujo en la estación de bombeo correspondiente a las presiones observadas. Algunos datos extra:
Se sabe que en la estación de bombeo opera una sola de las bombas. Ambos tanques tienen una superficie de agua con una elevación de 48.8 m. No hay eventos anormales o incidencias operativas en el sistema que puedan causar demandas no contempladas. Los datos de elevaciones se han obtenido de mapas con curvas de nivel cada 0.50 m y los mismos son confiables. La curva de la bomba se ha verificado y es correcta.
Finalmente, sabemos que hay dos tipos de tuberías en este sistema: 1. Tuberías antiguas de hierro fundido (Cast Iron) del sistema original, a las cuales inicialmente se les va asignar un factor C de 90. 2. Tuberías nuevas de hierro dúctil (Ductile Iron), las cual inicialmente van a tener un factor C de 130.
Descripción del Problema En este ejercicio, el ingeniero utilizará la herramienta Darwin Calibrator® para encontrar la mejor solución calibrada del sistema en estudio. Luego del proceso inicial de calibración, se llevarán a cabo ajustes individuales para lograr un buen ajuste final del modelo. En la siguiente página se detalla la información en tres grupos de datos de campo para ser utilizados durante la calibración. Los siguientes son los tipos de datos suministrados.
Presiones medidas en varios nodos durante condiciones estáticas. Presiones residuales en hidrantes durante pruebas de flujo. Presión en el nodo de descarga de la bomba (J‐1)
El ingeniero también contará con las medidas de flujo en la estación de bombeo correspondiente a las presiones observadas. Algunos datos extra:
Se sabe que en la estación de bombeo opera una sola de las bombas. Ambos tanques tienen una superficie de agua con una elevación de 48.8 m. No hay eventos anormales o incidencias operativas en el sistema que puedan causar demandas no contempladas. Los datos de elevaciones se han obtenido de mapas con curvas de nivel cada 0.50 m y los mismos son confiables. La curva de la bomba se ha verificado y es correcta.
Finalmente, sabemos que hay dos tipos de tuberías en este sistema: 1. Tuberías antiguas de hierro fundido (Cast Iron) del sistema original, a las cuales inicialmente se les va asignar un factor C de 90. 2. Tuberías nuevas de hierro dúctil (Ductile Iron), las cual inicialmente van a tener un factor C de 130.
Esta prueba se ha realizado en estado estático, es decir no existen demandas extraordinarias como podría ser un incendio
HGL (m) 45.72 42.06 43.59
Las presiones y gradientes hidráulicos en esta prueba de campo fueron medidas durante una prueba de incendio en el nodo J‐10 con un caudal adicional medido de 70.9 (l/s). (l/s).
HGL (m) 43.89 40.23 33.83
Esta prueba, representa también flujo en un hidrante, en este caso fue realizada para el nodo J‐31 con un caudal adicional medido de 66.2 (l/s). (l/s).
Incendio en J‐10 (70.9 l/s) Ubicación J‐1 J‐10 J‐13
Presión (mH20) 38.10 22.25 31.40
Bomba
Descarga (l/s)
PUMP
48.07 Incendio en J‐31 (66.2 l/s)
Ubicación J‐1 J‐13 J‐31
Presión (mH20) 36.27 20.42 21.64
Bomba
Descarga (l/s)
PUMP
49.77
Nota: Nota: Para este ejercicio, usaremos los datos de la Piezométrica (HGL), pero pueden ser usados indistintamente los valores de presión.
Configuración preliminar Ejecute WaterCAD/GEMS® haciendo Clic en el icono del programa. Elija Open del menú File y seleccione 2. DarwinCalibrator.wtg. Antes de comenzar con el proceso de calibración a partir de la herramienta Darwin Calibrator, diríjase al centro de control de escenarios y cambie el nombre del escenario Base a “Demanda Promedio Diaria” utilizando la ventana de Scenarios y haciendo clic derecho en el Mouse para escoger la opción Rename o simplemente oprimiendo la tecla [F2].
Nota: Antes de ejecutar la herramienta de Calibración, asegúrese que las unidades de presión con las que está trabajando el modelo sean metros columna de agua (m H2O) y para Caudales (Flow) (l/s). Esto lo puede definir y verificar en la etiqueta Units del menú Tools/Options.
Seleccione el calibrador de Darwin® mediante el menú desplegable principal Analysis/Darwin Calibrator… o mediante el botón Darwin Calibrator
2.
en la barra de herramientas.
A continuación haga clic en el botón New y escoja la opción New Calibration Study para iniciar la configuración de un análisis de calibración. A este nuevo estudio de calibración le asignaremos el nombre “Estudio Calibracion” (Ojo: Por favor escriba la palabra “Calibracion” sin acento/tilde) Habiendo creado un nuevo estudio de calibración y teniendo seleccionada la pestaña “Field Data Snapshots” (Registros Temporales de mediciones de campo), observaremos que la sección derecha de la ventana se divide en dos partes: (i) Una sección superior donde se almacenan los grupos de registro (agrupaciones de observaciones de campo en instantes del tiempo), y (ii) las observaciones de campo en diversos elementos para cada grupo de registros.
Grupos de Registros
Observaciones de Cam o
IMPORTANTE: Por ahora no ingresaremos las observaciones o datos de campo consignados en la página 3. Dado que para esto usaremos más adelante un proceso automatizado de importación de datos.
Definición de Criterios de Calibración (Factores de Ponderación) Dado que la calibración hidráulica, debe hace una valoración matemática de la función ajuste (Fitness) basada en mediciones de carga y caudales; dentro de los criterios calibración se deberán definir los factores de ponderación para carga (WH) y caudal (WQ ), tal y como se indica en caso que la función de ajuste se defina por mínimas diferencias cuadradas 1 1 F ( H mod H obs ) 2 (Qmod Qobs ) 2 wQ wH 3.
Seleccione entonces la etiqueta Calibration Criteria en la parte superior y asegúrese que las opciones para la función objetivo sean las siguientes: ‐ ‐ ‐ ‐
Fitness Type: Minimize Difference Squares Head per Fitness Point: 0.30 Flow per Fitness Point: 0.63 Flow weight type: Linear
Ingreso de Datos de Campo a través de la Importación de Observaciones A continuación podríamos dirigirnos a la pestaña “Field Data Snapshots” en la esquina superior izquierda, para ingresar uno a uno las observaciones establecidas en página 3 para los grupos de registro: Dia Promedio, Promedio + Incendio en J‐10 y Promedio + Incendio en J‐31. En este caso quizás no sería un trabajo mayor pues las observaciones no son numerosas. Sin embargo, en la realidad las observaciones de campo registradas por dispositivos como Data‐Loggers, Transductores de Presión, Caudalímetros pueden llegar a ser cientos de miles. En este taller aprenderá a importar mediciones de campo de una fuente externa de datos que podría ser Ms‐ Excel a través de la herramienta ModelBuilder. 4.
Bajo la pestaña “Field Data Snapshots”, asegúrese que el escenario representativo para el estudio de calibración, sea “Demanda Promedio Diaria”.
5.
Cierre el cuadro de diálogo del módulo Darwin Calibrator.
6.
Para importar datos externos, deberá abrir la herramienta ModelBuilder mediante el botón menú Tools/ModelBuilder.
para abrir el asistente de configuración de ModelBuilder.
8.
Para el campo “Select a Data Source type”, seleccione del menú desplegable la opción Excel 2013/2010/2007 (12.0) como tipo de archivo.
9.
Para el campo “Select your Data Source”, busque y seleccione el archivo Datos_Campo.xlsx que se encuentra en su carpeta de archivos de inicio. Su ventana deberá lucir tal y como se indica:
Nota: La información a ser importada ha sido previamente preparada y organizada en el archivo Datos_Campo.xlsx. Este archivo está compuesto por tres hojas: [Snapshots], [Datos Observados] y [Ajustes de Demanda]
10. Haga clic en el botón , para definir las opciones espaciales y de conectividad, seleccionando lo siguiente: ‐ Specify the Coordinate Unit of your Data Source: m ‐ Create nodes if none found at pipe endpoint: True (marque la caja de selección)
11. En el siguiente paso “Specify element create/remove/update options” dado que en este proceso de importación o vamos a crear elementos de la red, puede dejar los valores por defecto marcados y haga nuevamente clic en . 12. En el diálogo “Specify additional Options” conserve los valores por defecto y haga nuevamente clic en el botón .
14. En primer lugar seleccione en la sección izquierda la tabla Snapshots. Teniendo activa la pestaña Settings en la sección derecha del diálogo, seleccione Field Data Snapshot en el campo Table Type. 15. Para el campo Key Fields, escoja la columna Snapshot Label. 16. Por su parte para la tabla de mapeo inferior relación los siguientes campos: ‐ ‐ ‐ ‐
Time: Owner: Dates: Notes:
Time Owner [Label] Date Notes / Demand Multiplier:
Demand Multiplier
17. Para hacer el mapeo de datos para los registros de datos observados, seleccione la tabla [Datos observados] en la sección izquierda de la ventana y en la parte derecha establezca las siguientes relaciones: ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
Table Type: Key Fields: Element Label: Node attribute: Node HGL (m): Pump attribute: Pump Discharge (L/s): Element Type:
Field Data Snapshots, Observed Targets Field Data Snapshot Label Element (Label) Node Attribuite (Label) Hydraulic Grade / Unit: m Pump Attribute (Label) Flow / Unit: L/s Element Type (Label)
Su ventana debería lucir tal y como se muestra a continuación:
18. Finalmente, haremos el mapeo de datos para los respectivos ajustes de demanda en mediciones, seleccionando la tabla [Ajustes de Demanda] en la sección izquierda. En la parte derecha deberá establecer las siguientes relaciones: ‐ Table Type: Field Data Snapshots, Demand Adjustments ‐ Key Fields: Field Data Snapshot label ‐ Element Label: Element (Label) ‐ Additional Demand (l/s): Additional Demand / Unit: L/s
19. Haga Clic en Next para proceder a la importación de datos desde el archivo fuente. Para activar el proceso de importación marque “Yes” cuando se le pregunte “Would you like to build a model ” y haga clic en el botón . 20. Una vez la herramienta ModelBuilder completa el proceso de importación, usted podrá ver un resumen de dicho proceso tal y como se indica:
21. En este punto (y si no tiene mensajes de advertencia), hemos importado exitosamente en Darwin Calibrator los datos de las mediciones de campo. Usted puede cerrar este informe resumen y seguidamente cerrar la ventana ModelBuilder. 22. Abra nuevamente Darwin Calibrator (Menú Analysis/Darwin Calibrator), y usted deberá ver para el estudio de calibración creado previamente 3 diferentes grupos de registro (Snapshots) y para cada uno de ellos las distintas mediciones de campo. Tal y como se ilustra a continuación:
IMPORTANTE: Verifique que para los Snapshots Promedio + Incendio en J‐10 y Promedio + Incendio en J‐31, en la pestaña “Demand Adjustments” se haya agregado el valor de caudal en estos nodos por concepto de la prueba de incendio en dichos registros.
Paso 2 – Grupos de ajuste El calibrador Darwin permite realizar ajustes variando tres tipos de parámetros: (1) Rugosidades, (2) Demandas y (3) Estado de Elementos (Open/Close). El primer grupo de ajuste que generaremos es el de rugosidades. Para ello agruparemos las tuberías basados en el material. El objetivo de esta agrupación es asignar diferente factores de ajuste a las tuberías diferenciando las de hierro fundido (Cast Iron) sin revestimiento de las de hierro dúctil (Ductile Iron) con revestimiento. 1.
En el cuadro de diálogo del calibrador Darwin, seleccione en la ventana superior Roughness Groups para obtener el dialogo de grupos por rugosidad. Haga clic en el botón New y al nuevo grupo creado nómbrelo Hierro Fundido en la Columna Label .
2.
A continuación seleccione el campo de la columna Elements, que de momento nos indica que el este nuevo grupo de rugosidad no tiene ningún elemento. Haga clic en el botón ellipsis (…) y en el cuadro de dialogo de Sets de Selección haga Clic en el botón Select from Drawing
.
Utilizaremos una de las varias posibilidades que nos ofrece WaterCAD/GEMS para agrupar elementos. En este caso haremos un filtro por material. Para el nuevo grupo solo queremos las tuberías de hierro fundido (Cast Iron). 3.
En el cuadro de dialogo que aparecerá, oprima el botón
