WaterCAD/GEMS V8i, Curso de Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución, Intermedio (sistema métrico

Class Date: 24-Apr-2012

WaterCAD/GEMS V8i, Curso de Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución, Intermedio (sistema métrico)

DO NOT DISTRIBUTE - Printing for Student Use is Permitted

Company: Inst. Costarricense de Acueductos

Version V8i (SELECTseries 1)

TRN016290-4/0001

Copyright Information

Trademark Notice

AccuDraw, MDL, MicroStation, and SmartLine are registered trademarks; PopSet and Raster Manager are trademarks. AutoCAD is a registered trademark of Autodesk, Inc.

Copyright Notice Copyright ©2010, Bentley Systems, Incorporated. All Rights Reserved.




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WaterCAD/GEMS V8i, Curso de Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución, Intermedio (sistema métrico) 2 Copyright © November-2010 Bentley Systems Incorporated

Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución de Agua presentando WaterCAD/GEMS V8i




Agenda Curso de Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución, Usando Bentley WaterCAD/GEMS V8i DIA 1 – Teoría General de Hidráulica. Construcción de Modelos en WaterCAD/GEMS V8i, Herramientas y Generalidades de Modelación Hidráulica y Elementos especiales de modelación.

08:00 Registro de Participantes 08:30 Presentación Línea Bentley para Sistemas de Distribución • •

Presentación Corporativa Bentley Systems Introducción a WaterCAD/GEMS V8i SS1

09:30 Sesión Teórica 1 – Conceptos básicos de hidráulica • • • •

Principios hidráulicos Conservación de masa y energía Gradientes hidráulico y de energía Pérdidas por fricción y pérdidas menores

10:30 Sesión Teórica 2 – Generalidades de la modelación hidráulica de Redes de Distribución • • • •

Tipos de Simulaciones Aplicaciones de los Modelos Hidráulicos Fases en la Construcción de Modelos Escenarios y Alternativas

DEMO: Un paseo por WaterCAD/GEMS V8i y sus nuevas Herramientas Interfaz Gráfica, Manejo de Docking Windows, Simbología de Elementos y Manejo de Fondos, Constructor Consultas (Queries), Network Navigator, Perfiles y Reportes Gráficos, Opciones Generales y mas…

12:30 ‐ 13:30 Receso Mediodía 13:30 Sesión Teórica 3 – Elementos especiales de modelación • • • •

Teoría de elementos Válvulas - Bombas Tanques y reservorios Hidrantes y emisores

Taller 1 – Bombas, tanques y válvulas • • • •

Trazado de la Red Modelación de un sistema con equipos de bombeo, tanques y válvulas Configuración del Modelo Revisión y animación de Resultados

17:00 Sesión Teórica 4 ‐ Calibración de modelos hidráulicos • Importancia de la calibración • Parámetros de ajuste • Información de campo • Interpretación de ajustes

18:00 DEMO: Calibración usando Darwin Calibrator 18:30 Sesión preguntas y respuestas





DIA 2 – Calibración Hidráulica de Redes de Distribución usando Darwin Calibrator, Introducción al análisis de Calidad y Simulaciones en Período Extendido. Manejo de escenarios y evaluación costos de energía.

08:30 Taller 2 – Calibración de Modelos Hidráulicos • • • •

Ingreso/Importación de datos de campo Grupo de Rugosidad y Demandas Calibración manual Calibración optimizada (automática)

11:00 Sesión Teórica 5 – Simulación en período extendido (EPS) • • • • •

Datos requeridos en EPS Patrones de demandas Niveles en tanques Controles operacionales Análisis costos de energía

12:30 ‐ 13:30 Receso Mediodía Taller 3 – Simulación EPS y Evaluación de Costos de Energía • • •

Simulación en período extendido Costos de energía Estrategias de bombeo

16:00 Sesión Teórica 6 ‐ Calidad del agua • • • • • • •

Fundamentos Procesos y Reacciones presentes en la Red Hidráulica Tipos de Modelos de Calidad Modelación de desinfectantes Transformaciones cinéticas Modelos de mezcla en depósitos Probelmática eventos de contaminación

Taller 4 – Edad del agua, Rastreo de fuentes y decaimiento de Cloro • • • • •

Simulación en período extendido Análisis de Sólidos disueltos totales Análisis de decaimiento de cloro Análisis de edad Rastreabilidad

Taller 6 – Análisis Automatizado de Flujo de Incendio (Demostración Guiada) • •

Configuración Análisis automatizado de flujo de incendio Visualización de Resultados de Flujo de Incendio

17:30 Sesión Teórica 7 – Diseño y Optimización de Modelos Hidráulicos • • • •

Tipos de Diseño Diseño óptimo Planeación Rehabilitaciones

18:30 Sesión preguntas y respuestas





DIA 3 – Módulo Darwin Designer para diseño optimizado de sistemas basado en AG. Análisis de Elementos Críticos. Integración de WaterCAD/GEMS con otros sistemas de información. Uso de Herramientas ModelBuilder y LoadBuilder.

08:30 Taller 5 – Dimensionamiento y herramientas de diseño optimizado • • •

Diseño manual de una red basado en restricciones de Diseño Configuración de Escenarios y Alternativas Estimación Manual de Costos Manual y Comparación de Soluciones

DEMO: Diseño Optimizado usando el Módulo Darwin Designer • • •

Configuración de un Estudio de Diseño y sus Restricciones Funciones de Costo y Parámetros del A.G. Optimización y exportación de escenario

11:00 Sesión Teórica 8 – Análisis de Elementos Críticos (Criticallity Analysis) • •

Definición de Segmentos y Análisis de Cortes de Servicio Funcionalidad de la herramienta Critically Analysis.

Taller 7 – Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Demostración Guiada) • • • •

Asignación automática de válvulas de aislamiento Manejo de la herramienta Criticallity Analysis Identificación de Segmentos y Demarcación de segmentos de corte y porción de la red aislada Impacto Hidráulico del aislamiento de segmentos

12:30 ‐ 13:30 Receso Mediodía 13:30 Sesión Teórica 9 – Integración del Modelo con Datos Extermos y Sistemas de Información Geográfica • • • • • •

Administración e importación de Datos Tipos de Archivos Introducción a los SIG – Componentes Principales Construcción y Carga de Modelos usando ModelBuilder Fuentes de datos de demandas Asignación Automática de Demandas vía LoadBuilder (Metodologías Incluidas)

DEMO: Construcción de un modelo a partir de un archivo CAD Taller 8 – Construcción automática de modelos con ModelBuilder • • •

Construcción automática de un modelo hidráulico a partir archivos Shape Proceso asistido de importación a través de herramienta ModelBuilder Verificación Topológica usando Network Navigator

Taller 9 – Asignación automática de demandas con LoadBuilder • • • •

Asignación automática de demandas a los nodos a partir archivos Shape Metodologías de análisis incluidas en LoadBuilder Nodo Cercano, Tubo Cercano y Distribución Polígonos de Población Exportar asignación de cargas como alternativas y escenarios

18:00 Cierre del Curso y Entrega Certificados.





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Curso WaterCAD/GEMS



0 – Novedades Versión V8i

Introducción Productos WATER Bentley WaterCAD V8 XM/V8i SS1 Bentley WaterGEMS V8 XM/V8i SS1


© 2008 Bentley Systems, Incorporated

Qué hace WaterCAD/GEMS? Usted Ingresa…

El programa calcula…

• Propiedades del Sistema

• Caudales

• Demandas • Reglas g de operación p

• Presión • Gradiente Hidráulico • Calidad de Agua • … etc

2

Copyright © 2010 – Bentley Systems, Incorporated


Página 1


Curso WaterCAD/GEMS

• Dimensionar Bombas • Simular sistemas de distribución en horas pico o por varias horas, dias.

• Analizar vulnerabilidad del sistema • Vaciado unidireccional

• Analizar costos de energía

• Demandas dependientes de presión

• Analizar Calidad de Agua

• Trabaja en:

• Di Dimensionar i T Tanques Hidroneumáticos • Calibrar y detectar fugas

– – – –

ArcGIS Stand Alone MicroStation AutoCAD

• Mucho Más… 3




Para qué sirve?


Nuestro compromiso: Interoperabilidad

XML aecXML XMpLant TransXML GML DWG

4



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Curso WaterCAD/GEMS

WaterCAD/GEMS V8i Diferencias

WaterGEMS V8i

WaterCAD V8i

Edition

Windows Stand-alone

Centro de Demandas – Nuevo! LoadBuilder – Nuevo! Criticality Analysis - Nuevo!

Plataforma MicroStation

Terrain Extraction – Nuevo! Módulos Incluidos

ModelBuilder – Nuevo!

Adiciones Disponibles

Darwin Calibrator Plataforma AutoCAD

Darwin Designer Darwin Scheduler Skelebrator

HAMMER y SCADAConnect – Complementos 5




Edition

Plataforma ArcGIS


Novedades en V8

V7

V8 XM

V8i

V8i SS1

Julio 2006

Noviembre 2008

Octubre 2009

6



Página 3


Curso WaterCAD/GEMS

• Nueva interfaz.NET completamente personalizable • Integración con MicroStation • Navegador de Red • Contornos • Imagenes de fondo • Importación de CAD, GIS & Bases de Datos: • LoadBuilder • TRex • ModelBuilder • Thiessen polygon builder WaterGEMS V8 XM Edition ArcGIS interface shown 7




Novedades en V8 XM


Novedades en V8 XM • Nuevos Elementos: - Válvula de Aislamiento - Hidrante - Conjunto de Bomas de Velocidad Variable - Tanque Hidroneumático • • • • • • •

Análisis de Segmentos Críticos Demandas Dependientes de Presión Rastreo de Fuentes Segmentación Análisis de Vaciado Detección de Fugas Navegador de Flujo de Incendio

8



Página 4


Curso WaterCAD/GEMS


• Nuevo Elemento: – Válvula escape de aire


Novedades en V8i

• Generación rápida de prototipos

• Patrones de control para válvulas • Propiedad de GIS-ID para construcción y sincronización de modelos

• Exportar a Google Earth • Perfecta integración con Bentley HAMMER


9


Novedades en V8i Select Series 1 (SS1) • Nuevo Módulo: – Darwin Scheduler

• Pressure Zone Manager • Comparación gráfica de escenarios • Curva del Sistema para sistemas de un sólo • Mejoras en rendimiento y velocidad de cálculo • Mejoras en SCADAConnect e inclusion de módulo para 25 señales (Solo WaterGEMS) • Mayor interoperabilidad con Bentley Water 10



Página 5


Curso WaterCAD/GEMS




Análisis de Criticidad • Encontrar todos los segmentos de distribución (tramos que pueden ser aislados) basado en localización de válvulas de aislamiento • Identificar los segmentos más largos o aquellos con mayor número de válvulas de aislamiento • Identificar cortes que pueden generar suspensión en el servicio de distribución • Identificar de t ca e el impacto pacto hidráulico d áu co de del c cierre e e de seg segmentos e tos • Determinar donde son requeridas las válvulas

11


Segmentación & Criticidad

12 | WWW.BENTLEY.COM



Página 6


Curso WaterCAD/GEMS

• Ganador del IWA Technology Award en 2008! • Encuentre la ubicación de fugas en la red

13




Detección de Fugas


Sincronización de Modelo y GIS (V8i) GIS Día 1

GIS Día n

Sincronizados

Modelo Día 1

Fuera de Sincronización

GIS Día n

Modelo Día n

Modelo Día n Sincronizados

14



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Curso WaterCAD/GEMS

Network Navigator • Encuentre errores como: – Duplicados – Elementos Huérfanos

• Busque Datos Ingresados y Resultados • Navege por su modelo con facilidad

15




Herramientas para limpieza del modelo


Reportes • Color Coding/Annotation • FlexTables • Gráficos • Perfiles • Contornos

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Página 8


Curso WaterCAD/GEMS

Alternativas Escenario Actual Año 2020 Año 2030 Ampliación diámetro

Physical: Red Existente Demand: Actuales Active Topology: Actual Physical: 2020 Demand: 2020 Active Topology: Nuevo 2020 Physical: Norte 2030 Demand: 2030 Active Topology: Nuevo 2030 Physical: Ampliación tubería Demand: Max 2030 Active Topology: Nuevo 2030

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Modelación de Escenarios


Tipos de Archivos

Stand Alone (xxx.dwh (xxx. dwh))

Base de Datos del Modelo (xxx.wtg. xxx.wtg.mdb mdb)) Información Gráfica (xxx.wtg (xxx. wtg))

MicroStation (xxx.dgn (xxx. dgn))

19


AutoCAD (xxx.dwg)) (xxx.dwg

ArcGIS (xxx.mdb)) (xxx.mdb


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Curso WaterCAD/GEMS

Version 7 (3) wcd

Actualización

Exportar Configuración de Presentación

Importar p Configuración g de Presentación

Version 8

wcd Pre-version 7 Exportar a Set de Datos GEMS

xml

mdb Importar

wtg

20




Conversión de Versiones Previas

wtg.mdb


Fin Conozca con este curso el universo de herramientas y disfrute las nuevas características de la versión V8i SS1

21



Página 10

Curso WaterCAD/GEMS



I ‐ Fundamentos Básicos de Modelación

Fundamentos de Modelación Por qué modelar?



Repaso Conceptos Hidráulicos Principios Pérdidas Menores

Flujo

Métodos de

Velocidad

Solución

Pérdida de

Presión

Carga

Energía

3


Continuidad


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Curso WaterCAD/GEMS

• Compresible vs. Incompresible • Laminar vs. Turbulento • Tubería Cerrada vs. Canal Abierto • Tubería Llena vs. Parcialmente Llena • Newtonianos vs. No-Newtonianos • Fase Única Ú vs. Fase Múltiple

4




Tipos de Flujo (Clasificaciones)


Aplicaciones de Modelación • Distribución de agua potable • Provisión ó de agua no tratada • Irrigación a presión • Protección contra incendios • Conducciones presión de aguas negras • Agua para enfriamiento • Aplicaciones industriales • Consumo de energía • Calidad de agua 5



Página 2


Curso WaterCAD/GEMS

Volumen / Tiempo Unidades Comunes: • m3/s –

metros cúbicos/segundo (SI)

• l/s

litros/segundo

–

• m3/hr –

metros cúbicos/hora

• ft3/s –

pies cúbicos/segundo (FPS)

• gpm –

galones/minuto

• MGD –

millones de galones/día

• ac-ft/day – acre-pies/día

6




Flujo


Velocidad Velocidad = Flujo / Área Ecuación de continuidad

V = Q/A

Unidades Comunes: m/s - metros por segundo fps - pies por segundo

Rango g de Valores en Sistemas de Distribución - Típico: - Alto: - Muy alto: 7


0.6 – 1.2 m/s. 1.5 – 2.5 m/s. > 3.0 m/s © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Página 3


Curso WaterCAD/GEMS


Fuerza / Área Unidades Comunes: •

psi –

•

Newton/m2 - Pascal (SI).

•

kPa –

Kilo Pascal.


Presión

•

bar –

100 kPa.

•

psf – p

Libra/pie /p cuadrado.

•

atm –

Atmósfera (14.7 psi ó 10.33 mca).

Libras /pulgadas cuadradas (típico US).

Importante el Concepto de

Presión Manométrica vs. Presión Absoluta


8


Presión • Presión en la base de una columna = q en la columna Altura del liquido

Importa el diámetro? 46 ft Fueza? 20 psi 1 psi = 2.31 ft

46 ft Fuerza?

? psi

9


20.4 m Fueza? 200 kPa 1 kPa = 0.102 m © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Página 4


Curso WaterCAD/GEMS

Estándares de Presión • Mínimo

– 15 m H20 • Mínimo normal

– 20, 25, 30 m H20 • Máximo

– 40 …60 m H20

Qué rangos maneja su Empresa?

10




En Redes de Distribución


Ecuación de Conservación de Masa

Masa ENTRA = Masa

SALE

Para un flujo incompresible bajo condiciones estáticas:

Σ Qi – U = 0 Donde, Qi

=

flujo en la tubería i-ésima que entra en el nodo.

U

=

Consumo del nodo

11



Página 5



Conservación de Masa con Almacenamiento Para condiciones de modelación en tiempo extendido existe acumulación de agua en ciertos extendido, nodos (tanques).

Σ Qi - U – dV/dt = 0 Donde, dV/dt = Cambio en almacenamiento (L3/T)

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Curso WaterCAD/GEMS


Conservación de Energía La diferencia de energía entre dos puntos es la misma sin importar el camino tomado. z1 + p1/γ + V12/2g + Σ hp = z2 + p2/γ + V22/2g + Σ hL + Σ hM Donde,

z = Elevación p = Presión γ = Peso especifico V = Velocidad hp = Carga agregada por Bombas hL = Pérdidas por fricción hM = Perdidas menores

13



Página 6


Curso WaterCAD/GEMS

Se consideran entonces en la Ecuación Básica, 3 formas de energía: (1) Presión - p / γ (2) (3)

Velocidad - V2 / 2g (Se ignora en ocasiones) Elevación - z

Donde, P= γ = V= g= Z=

presión peso especifico del flujo velocidad aceleración gravitacional elevación

14




Conservación de Energía


Líneas de Carga Carga Estática El Elevación ió + P Presión ió = Línea Lí Pi Piezométrica ét i (HGL)

Carga Total C. Estática + Carga de Velocidad = Línea de Energía (EGL)

Δ Carga = diferencia carga entre puntos

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Curso WaterCAD/GEMS

Punto B

Punto A

Punto C

HGL

Punto D

Head Loss

2.31p

Direction of Flow 16




Flujo desde cargas altas a cargas bajas


Ecuaciones de Pérdidas Relaciones empíricas en flujo turbulento

•

D Darcy-Weisbach W i b h –

Colebrook-White (No explícita)

–

Swamee Jain (Aproximación)

•

Hazen Williams

•

Manning

17



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Curso WaterCAD/GEMS

h = f Donde,

h = pérdida de carga L = longitud V = velocidad

L D

V

2

2g

f = factor de fricción D = diámetro g = aceleración por gravedad

Factor de Fricción → f (rugosidad, No. de Reynolds) Re = V D / ν , donde ν es la viscosidad cinemática

Factor de fricción depende de las condiciones de flujo (Principal Defecto de Ecuación de Hazen-Williams)

18


Estimación del Factor de Fricción f Ecuaciones Analíticas • Colebrook-White • Swamee-Jain

Diagrama de Moody DV

64 R

e/D

hL L V2 D 2g

f= N

f




Formulación Darcy-Weisbach

Riveted steel Concrete Wood stave Cast iron Galvanized iron Asphalted cast iron Steel or wrought iron Drawn Tubing

e, ft. 0.003 - 0.03 0.001- 0.01 0.0006 - 0.003 0.00085 0.0005 0.0004 0.00015 0.000005

e, mm 0.9 - 9 0.3 - 3 0.18 - 0.9 0.25 0.15 0.12 0.045 0.0015

NR 19


DV v


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Curso WaterCAD/GEMS

Formulación de Hazen-Williams

)

1.85

Donde, D = Diámetro (en ft o m) V = Velocidad (en fps or m/s) C = Hazen-Williams factor-C L = Longitud en pies o metros k = 6.79 para V en m/s, D en m ó k = 3.02 para V en fps, D en ft h y L: en las mismas unidades de longitud.

Se deben verificar los Rangos de Validez !!

20




V h = kL 1.16 ( D C


Formulación de Hazen-Williams V hf = kL 1.167 ( D C

)

1.851

Donde, D = Diámetro (en ft o m) V = Velocidad (en fps or m/s) C = Hazen-Williams factor-C L = Longitud en pies o metros k = 6.824 para V en m/s, D en m ó k = 3.02 para V en fps, D en ft h y L: en las mismas unidades de longitud.

Se deben verificar los Rangos de Validez !!

21



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Curso WaterCAD/GEMS




Hazen-Williams: Determinación Coef. C • Factor C – Medido en el campo – Obtenido en calibración

• Tuberías rugosas Æ factores C menores • Especifico para el sistema • Valores Típicos – 150 muy suave. suave – 130 diseño típico. – 40 tuberías viejas con tuberculación.

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Valores Coef. de Rugosidad HazenWilliams (C) Material de Tubería

C

Cemento Asbestos Bronce Alcantarillado de Ladrillo Hierro Fundido Nueva, sin recubrimiento 10 años 20 años 30 años 40 años Concreto con recubrimiento. Molde de Acero Girado Centrifugadamente Cobre Hierro Galvanizado Vid i Vidrio Plomo Plástico Acero Esmalte de alquitrán de carbón, Ribeteado Hojalata Cerámica Vitrificada (Cond. Buena)

140 130-140 100

23


130 107-113 89-100 75-90 64-83 140 135 130-140 120 140 130-140 140-150 145-150 110 130 110-140 © 2008 Bentley Systems, Incorporated

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Curso WaterCAD/GEMS

Formulación de Manning

Donde, Co V R h L n

h = cf L n2 V2 / d

1.33

= 1.49 para unidades Inglesas y 1.0 para unidades métricas = velocidad (fps o m/s) = Radio Hidráulico = área/perímetro mojado (ft o m) = Pérdida de carga (pies o metros) = longitud (pies o metros) = Coeficiente de rugosidad de Manning Material

n

Tubería Lisa Cemento de Granulometría fina Tubería AC Concreto Ordinario Hierro Fundido 24




V = Co R2/3 (h/L)1/2/ n

0.009 0.010 0.011 0.013 0.015 © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Comparación de Ecuaciones de Fricción Darcy-Weisbach

Hazen-Williams

Manning

Todos los fluidos

Agua solamente

Agua solamente

Difícil obtener f*

Fácil de obtener C

Fácil de obtener n

Para todos los regímenes

Flujo laminar

Flujo turbulento

No es usada comúnmente en USA

Usada comúnmente en USA

Usada comúnmente para Alc. sanitario

25



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Curso WaterCAD/GEMS




Pérdidas Menores Pérdidas localizadas causadas por: • Accesorios

• Codos • Válvulas

Descritos por el coeficiente Km en la siguiente Ecuación: h = Km x V2/2g Donde Km= h=

Coeficiente de Pérdidas menores Pérdida de carga causada por Pérdidas menores

26


Valores Típicos de Coef. De Pérdidas Menores

27



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Curso WaterCAD/GEMS

Pérdidas Menores para Válvulas

Hm = km(θ ) ⋅

1 Coeficiente Adimensional (km - Ec. 1. Ec Típica) Típica). 2. Coeficiente de Pérdidas referido al Caudal (K). 3. Factor de Flujo (CV).

Cv ( θ ) =

4. Coeficiente de Descarga (CD)

v2 2⋅ g

Hm = K ( θ ) ⋅ Q

2

Q Δp / s

C D (θ ) =

v 2 g ⋅ hm + v

C 2

D

(θ ) =

1 km + 1

Los Coeficientes se relacionan todos entre si, con ecuaciones de equivalencia. Por Ejemplo: K (θ ) =

km 2 ⋅ g ⋅ AO2

28




Existen diversos coeficientes para cuantificar las pérdidas de Energía al pasar el Flujo a través de un Válvula.

km (θ ) =

20 ⋅ g ⋅ A02 Cv (θ ) 2


Representación de la Red CONEXION NODO

NODO

NODOS:

Uniones, Tanques y Reservorios.

CONEXIONES:

Tubos.

HIBRIDOS:

Las Bombas y Válvulas, tienen convención de Nodos, pero se comportan como conexiones.

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Curso WaterCAD/GEMS

Formulación Básica del Análisis (1/3) Qe1 1

Class Date: 24-Apr-2012 Company: Inst. Costarricense de Acueductos DO NOT DISTRIBUTE - Printing for Student Use is Permitted

2

12 Líneas

Q25 QD4

Q36

QD5 Q45

4

L > N-1 Q69

Ec. de Conservación de Masa en Red y Nodos

Qe6

QD8 8

4 Circuitos

6

Q58 QD7

9 Nodos

QD6 Q56

5

Q47 Q78

Qe3

Q23

Q14

7

3

QD2

Q12

Q89

9

-Para toda la Red de Distribución: Donde S es el numero de Fuentes y Nu el número de Nodos en la Red

S

Nu

∑Q = ∑Q e

i =1

- Para cada nodo en particular: Donde Nti es el número de tuberías que llegan al Nodo “i” y Qij es el Caudal que va del Nodo i al j. Puede ser positivo o negativo (s/n sentido)

NTi

∑Q i =1

D

i =1

ij

− QDi = 0

30

(I)


Formulación Básica del Análisis (2/3) Análisis entre Nodos Para cada línea se puede plantear la siguiente ecuación de Energía entre los nodos i y j De la siguiente manera: j.

H i − H j = ∑ hm + hf =

En términos de Caudales:

Hi − H j =

Vij2 ⎡ l⎤ ⋅ ∑ km + f ij ⋅ ⎥ 2 g ⎢⎣ D⎦

⎡ lij ⎤ ⋅ ⎢∑ km + f ij ⋅ ⎥ 2 g ⋅ A ⎣⎢ Dij ⎦⎥ Qij2

2 ij

⎡ ⎢ Hi − H j Despejando Qij, obtenemos: Qij = ⎢ lij ⎢ ⎢ ∑ kmij + f ⋅ D ij ⎣ ⎤ ⎡ Reemplazando en la ⎥ NTi ⎢ −1 / 2 H H − Ecuación (I) de i j ⎥⋅ H − H ⎢ ⋅ ∑ i j Conservación de Masa lij ⎥ j =1 ⎢ km f + ⋅ en Nodos, tenemos: ⎢ ∑ ij Dij ⎥⎦ ⎣

(

)

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

1/ 2

⋅ 2 g ⋅ Aij

2 g ⋅ Aij − QDi = 0

(II)

Ecuaciones de Altura Piezométrica (EH)

31



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Curso WaterCAD/GEMS

Formulación Básica del Análisis (3/3)




Análisis de Circuitos Para cada circuito cerrado, podemos estimar la Ec. De conservación de Energía así: Siendo NT’i el número de tubos del circuito

Se usa el valor absoluto en la ecuación para establecer una convención de signos. Los Caudales se consideran positivos si giran en sentido de las agujas del reloj o negativos en caso contrario

NT 'i

∑ hf + ∑ hm i =1

NT 'i

Vij2 ⎡

i =1

⎣⎢

∑ 2 g ⋅ ⎢∑ km

Utilizando Darcy para esta ecuación tendríamos:

Despejando Qij, obtenemos:

NT 'i

ij

ij

ij

i =1

+ f ij ⋅

=0

l ij ⎤ ⎥=0 Dij ⎦⎥

⎡ l ⎤ kmij + f ij ⋅ ij ⎥ ⎢ ∑ NT 'i Dij ⎥⎦ ⎢ Qij ⋅ Qij ⋅ ⎣ =0 ∑ 2 2 g ⋅ Aij i =1 (III)

( )

Ecuaciones de Caudal (EC)

32


Formulación Problema Numérico Para Redes Cerradas tendríamos: NU: Numero de Nodos (al menos uno debe tener Cabeza Conocida). Se tienen NU-1 Ecuaciones de Carga (EH), dado que al menos se debe contar con un Nodo con Carga Conocida. NC: Numero de Mallas o Circuitos. Se tienen NC Ecuaciones de Caudal (EC) dado que se puede plantear una por circuito. L: Numero de Líneas que conforman la Red. Entonces el número de Ecuaciones para resolver la Red, esta dado por:

L = NC + (NU – 1) Problema: Se tiene un sistema conformado por (NC) Ecuaciones de Caudal y (NU-1) Ecuaciones de Carga. En ambos casos se trata de Ecuaciones No Lineales que requieren procesos iterativos o de convergencia. Dado que se conocen los diámetros y rugosidades de las tuberías así como las cotas, en realidad se trata de un problema de comprobación de diseño y no de diseño en sí. 33



Página 16


Curso WaterCAD/GEMS




Métodos de Solución Hay 4 formas de reducir las ecuaciones generales a sistemas mas simples: • Método de Nodo (NC ecuaciones) • Método de Flujo (L ecuaciones) • Método de Malla (L-M ecuaciones) • Método de Gradiente (NC ecuaciones)

34


Distribución de Flujo en una Red Simple Proceso de Balancear Cargas en M. Cross

Hardy Cross, University of Illinois Engineering Experiment Station Bulletin 286 (1936)

35



Página 17


Curso WaterCAD/GEMS

Línea V8

1930’s

1960’s

Hardy Cross Análisis de Flujo en Redes

Análisis A áli i dde Redes por Computador

2000’ s g Modelos Amigables Modelos Modelos -----Hidráulicos para la Integración de para Calidad de Modelación - Bases de mainframes y Agua datos - SCADA mini Dinámicos ----computador Modelos de Tanque/reservorio Modelos --basados en PC Cinemática de --Contaminantes Modelos para --la Calidad de Optimización Agua en Estado Estático 1970’s

1980’s

1990’s

36




Historia de la Modelación de Redes de Distribución Futuro

Modelos Multiplataforma Análisis Crítico Gestión avanzada de datos G.A. Vaciado Unidireccional Integración GIS


Simulación en Estado Estático Configure Ecuaciones ,n d id desconocidos, n

Entrada de Datos

Solución Inicial

No Calcule v, P

Si

Convergencia?

Resuelva las ecuaciones EH y EC – S/n método de solución

Resultados

37



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Curso WaterCAD/GEMS

El uso de métodos numéricos es indispensable para la resolución de sistemas de distribución © 2008 Bentley Systems, Incorporated






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Curso WaterCAD/GEMS



II – Construcción Modelos Hidráulicos

Modelos Hidráulicos


Datos requeridos para la construcción del Modelo

Uso de Modelos Generalidades

Aplicaciones del Modelo

Inicio del Modelo

Representación de la Red

Uso del Agua (consumo, demanda)

(skeletonization)

Propiedades de las Tuberías

2

Copyright © 2010 – Bentley Systems Incorporated


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Curso WaterCAD/GEMS

• Aproximación a la Realidad • MODELO = SOFTWARE + INFORMACION • Recolección y revisión de información toma tiempo • Ingreso de Datos Topológicos y Operativos • Decisión si los resultados son razonables • Aplicar un buen criterio de Ingeniería INPUT : BASURA → OUTPUT : BASURA

3




Generalidades de la Simulación


Tipos de Simulaciones

Disponibles en WaterCAD/GEMS V8i • Simulación Estado Estático (SS) • Simulación en Periodo Extendido o CuasiEstático (EPS) • Calidad del Agua (EPS) – Edad – Trazado – Constituyente (Cloro Residual, THM´s, etc.)

• Análisis de Protección Contra Incendio (SS) • Análisis Elementos Críticos (EPS) • Optimización (SS) 4



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Curso WaterCAD/GEMS

Modelación = Esfuerzo interdisciplinario

Administración y Gestión Divisiones de Operación y Control Planeación Estratégica División Técnica y Proyectos GIS División Comercial (Facturación) Participación Ciudadana

5




Campos de Interacción


Construcción de Modelos Fase 0: Defina el alcance de su proyecto Fase 1: Selección y Aprendizaje del Software F Fase 2 2: Construcción C t ió topológica t ló i Fase 3: Información de infraestructura Fase 4: Asignación de elevaciones Fase 5: Estimación de demandas Fase 6: Simplificación o esqueletización F Fase 7 7: Escenarios E i y alternativas lt ti Fase 8: Ejecución de simulaciones Fase 9: Calibración La modelación es un proceso iterativo y en permanente evolución !! 6



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Curso WaterCAD/GEMS

Operaciones

Alta Gerencia

Ingeniería Los Modeladores interactuan con…

Planeación

Tiene identificados a estos actores en su Empresa? 7




Fase 0: Defina el alcance


Fase 1: Selección del Software • La mayoría de los software de modelación generan resultados correctos • Criterios de Selección: – Características técnicas – Soporte técnico local – Interfaz de Usuario (cual su experiencia usando el software) – Calidad de manuales y recursos Web – Integración con otros Software: Interoperabilidad – Herramientas de productividad: Esfuerzo y tiempo requerido para construir el modelo

8



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Curso WaterCAD/GEMS




Fase 1: Aprenda como usar el software

9


Fase 2: Construcción Topológica

10



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 2: Construcción Topológica




Dibujos CAD, Archivos GIS y/o planos en papel Procesos manuales o automáticos (ModelBuilder) Determine tuberías a ser incluidas Identificadores para nodos y conexiones Verificación en campo Revisión de conectividad Involucrar operarios y delineantes Establezca un protocolo interno para futuras construcciones de modelo Nunca descarte la Información de Planos de Obra! 11


Fase 3: Información de infraestructura Representación de Diámetros Qué D usar?

• Diámetros Nominales vs. Diámetros Reales á • Muy importante en análisis de calidad • Importante en diámetros pequeños OD ID

Diameter

ID

OD

6” DI 50

6.40”

6.9”

6” DI 56

6.04”

6.9”

48” DI 50

49.78”

50.8”

48” DI 56

48.94”

50.8”

12


Area-Nm 28.27

in2

1809.56 -

in2

Area-ID 32.17

Area-OD

in2

37.39 in2

28.65 in2

32.17 in2

in2

1946.25

2026.83 in2

1881.13 in2

2026.83 in2


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Curso WaterCAD/GEMS




Fase 3: Información de infraestructura Representación de Longitud • Real – No de punto a punto • Esquemática á vs. Escalada

3D (side view) 5ft

– Escalada – Fácil de usar – Esquemática – Fácil de Construir

• Longitud 3 Dimensional – Tools > Options > Project > Use 3D Length

3ft 4ft

• Longitudes definidas por usuario

Length

13


Fase 4: Asignación de Elevaciones

14



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Curso WaterCAD/GEMS




Fase 4: Asignación de Elevaciones • Usadas para convertir gradientes a presiones • Pueden usarse elevaciones del… – Suelo, – Tubería ó – Usuario

• Conservar consistencia. Si existe información topográfica de calidad, se podrán construir Modelos Digitales de Terreno Fiables !

15


Fase 4: Asignación de Elevaciones Convirtiendo línea piezométrica a presiones 564.25’ 50.5 psi 553.84’ 55.0 psi 548.34’ 57.4 psi 545.38’ 58.7 psi

545.79’ psi

Meter

58.5

HGL = 681.00’

538.32’ 61.8 psi

Que referencia usaría usted? 16



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Curso WaterCAD/GEMS

17




Fase 5: Estimación de demandas


Fase 5: Estimación de demandas • Promedio diario anual actual • Estudios E t di de d Uso U de d suelo l • Variaciones y picos temporales • Agua no contabilizada – Pérdidas • Flujos de incendio • Proyecciones Futuras

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Curso WaterCAD/GEMS

Rendimientos porcentuales ηs = ηr =

Qif

Qs

ηs = ηg ηr

Eficacia de la gestión

Qr (registrado) Estado de la red

=1 Q - Q

Qr

Balance hídrico Q (inyectado) Qi (incontrolado)

Qr Q

Qs

ηg =

Qic (incontrolado consumido)

Qif (fugas) Eficacia de la medida

Qica (ausencia de contador)

Qice (error contador) Control de acometidas

Qical (acometidas

Qicai (acometidas

legales)

Q suministrado = registrado

Ilegales)

- incontrolado consumido

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Fase 5: Estimación de demandas Estimación de uso del agua

Uso del suelo Sectorización de la Red Sistema Comercial Lecturas medidores

Corrección por agua no contabilizada Población de Contadores Contado es Curva de Error de los Contadores Patrones de Consumo

20



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Curso WaterCAD/GEMS


80

UR

R

U

80

AL TE 12 5

U

O

Capa Acometidas A

2969

Codificada Q=0

A

d

T $

N

N

PE LA Y

A 3018 3020 3019

A

FD

RR IA

10 0

EN SA

CA LL OS

A

d

CONVENCIONES

2968 Codificada Q > 0 EZ

UR 60

A

A

N

A

PE

A

T297 $

3021

3047 A

N

A

A

A

UR

A

A

T $

M EN EN D

O

A

N

80

50

3066 3050 10 S # 3065

Establecimiento Relación Acometidas – Líneas (Barrido).

2993

A

A

A

A

A

A

A A

A

A

N

N

UR

A

1:577 U

DO L

S #

ENTORNO GIS: Barrido y 3115 3117 Asignación Acometidas FD 0 R

5 12

A 3003 2998 N 2997 3001 d 2099 R 2995

A 3024 OR 3026 ES 3023 A 3022

S #

3113 3070 3068 3067

E AS

3025

C

N

UR

R

d

UR

O VA

U

T $

M ON

UR

T $

R

3005 A 3004 3000

80

5U 12

80

60

A

5 12

d 3028 3107 3109

5 12

S #

24

S #

3119

3120

R

T $

R U

E

N

3071

3002

A 3112 5U 12 3114 3027

3116 A 3118 A

T $

A

P 30 0 10

AY TR R AS U 70 A

T $

5 12

3073

AN ILL LM

2982

IN

A GR

UR

MIL AL GR

60

3074

70 FD

5

FASE I

S3100 #

QU

3075

3108 UR

3102

A JO

UR

N

d

12 3110 A 3111 3104 A

A

A 3103 AY TR A AS 3105 N 3106 LA

T $$ T

d 33872 0 10 3999

S #

T $

A

T $

FD

A

A

OR 3098 M FD

3076

0 10

A

A


45039

5 12

3097 AIR

077

T 10 $ 3101 0 FD

A

d

3095

A

S #

S #

42317

A

78

3096

A

UR

FD 80

A

T N 3123 $


3082

60

A

UR

A

80

A

79

UR


Asignación Micro-zonal

FASE II Distribución Nodal de Consumos.

No Data

Esquema y Ecuaciones de Asignación:

x1

i =1

x2

n

A1

1

LT − xi ⋅ Q Ai LT

n

QD1 = ∑

xn

A2

A3

An

LT

2

QD 2 = ∑ i =1

xi ⋅ QAi LT

21


Fase 5: Estimación de demandas Proyecciones de Demanda

• Proyecciones espaciales y temporales de población • Donde ocurrirá gran crecimiento? • Donde se ubicarán los grandes consumidores? • Dotaciones futuras de racionalización de uso Proyecciones alternativas de demanda

Demanda media

1960

1970

1980

1990

22


2000

2010

2020

2030 © 2008 Bentley Systems, Incorporated

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Curso WaterCAD/GEMS

Modelo Esqueletizado

Modelo Original

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Fase 6: Simplificación o esqueletización


Fase 6: Simplificación o esqueletización Nivel 1 – Simplificación Rastreo y Remoción de Datos (Data Srubbing).

Nivel 2 – Técnicas Analíticas Remoción y Acoplamiento de Segmentos en Serie Recorte de Ramales (Branch Trimming).

24



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Fase 6: Simplificación o esqueletización Aplicabilidad de la simplificación

Módulo de Esqueletización

B

Si algo importante está sucediendo en el nodo B, entonces el modelo simplificado puede no ser el adecuado 25



Curso WaterCAD/GEMS


Fase 6: Simplificación o esqueletización Aplicaciones que permiten mayor esqueletonización − Planeamiento maestro − Estudios regionales de calidad de agua − Estudios de consumo de energía − Elaboración de curvas de sistemas

Aplicaciones p que requieren q q mas tuberías. − Diseño − Análisis de calidad de agua − Análisis contra incendios

26



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 6: Simplificación o esqueletización


P res s ure (ps i)

77

NIVEL 2

Skel1

76

Skel2

75

Skel3

74

Skel4

73 72

NIVEL 3

0

5

10

15

20

25

Hours

NIVEL 4

C h lo r in e R e s id u a l ( m g /L )



NIVEL 1

1

0.8

Skel1

0.6

Skel2 Skel3

0.4

Skel4

0.2

NIVELES DE ESQUELETIZACIÓN

0 0

5

10

27

15

20

25

Hours


Fase 7: Escenarios y alternativas • Escenario = Una Simulación distinta para el mismo modelo. – Contiene tipo de Simulación. – Usa datos de las alternativas.

• Alternativas = Grupo de datos. – Construyen bloques de escenarios.

• Herencia = Construir alternativas y escenarios basados en existentes. – Add (agregar) = No se heredan datos – Duplicate (duplicar) = Copia pero no conecta – Child (Hijo) = Conecta grupo de datos

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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 7: Escenarios y alternativas Escenario

Calcular escenario Revisar resultados

Editar escenario

Alternativas - Topología Activa - Física - Demanda D d - Config. Inicial - Operacional - Edad - Constituyente - Traza - Flujo de Incendio - Costo C t d de Energía E í -Transiente** - PDD - Extensiones de Usuario

Construir modelo (Escenario base)

Agregar escenario

29




Ciclo de escenarios


Fase 8: Ejecución de Simulaciones Método Tradicional de ejecución de modelos

Input File

MODEL

Output File

30


Input File 1

Output File 1

p File 2 Input

Output p File 2

Input File 3

Output File 3

Input File 4

Output File 4

Input File 5

Output File 5

Input File 6

Output File 6

Input File 7

Output File 7

Input File 8

Output File 8

Input File 9

Output File 9

.

.

.

.


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Curso WaterCAD/GEMS

Herencia de los Datos de Modelación Class Date: 24-Apr-2012

Gestión Tradicional de manejo de Alternativas Alt 3 Alt 1 Base Physical Alt 2


Base Physical


WaterCAD/GEMS’s Gestión de Alternativas Physical Alt 1

Physical Alt 2

Physical Alt 3 Alternatives Base Physical Physical Alt 1 Physical Alt 2 Physical Alt 3

= 4 x el trabajo de modelación Copy

Copy

Copy

31


Fase 8: Ejecución de Simulaciones

Manejo de Alternativas s/n tipo de simulación

Estática •Topology •Physical •Demand •Initial

EPS •Topology •Physical •Demand •Initial •Logical/ •Operation

Calidad de Agua •Topology •Physical •Demand •Initial •Logical/Operational •Age/Trace •Constituent

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Flujo de Incendio •Topology •Physical •Demand •Initial •Needed Fire Flow

Vaciado •Topology •Physical •Demand •Initial •Flushing


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Curso WaterCAD/GEMS




Fase 9: Calibración Ajustar las características del modelo hidráulico para representar de la mejor manera su comportamiento real

Dispositivos de Medición (Data-Loggers) Estaciones de Control Telemandadas

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DEMO Un paseo por WaterCAD/GEMS V8i


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MODELACIÓN Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN USANDO WATERCAD - WATERGEMS

TALLER 0 – PÁGINA 0-1

Construyendo una red contra incendio a escala Usted dibujará el sistema de distribución de agua para una pequeña subdivisión localizada junto a un cerro. Luego alimentará la nueva red a través de un tanque con una elevación de 198 m en la base y de 207 m en el tope. OBJETIVO: Diseñar todas las tuberías en la subdivisión para que pueda entregar un flujo contra incendio de 63 l/s. Para lograr este objetivo vamos a utilizar los administradores de escenarios y de alternativas disponibles en WaterCAD/GEMS para crear tres distintas simulaciones: Simulación 1 Se realizará la simulación bajo las condiciones normales de demanda y con los diámetros de tubería actuales. Se asumirá una demanda de 1.3 l/s para todos los nodos y diámetros de 150 mm para todas las tuberías. Simulación 2 Esta simulación cuenta con evento de incendio que genera una demanda adicional de 63 l/s en el nodo J-6. Simulación 3 Se modificarán los diámetros originales para que la red sea capaz de soportar el caudal de flujo contra incendio con presiones adecuadas en el sistema.




Taller 0

©2010 BENTLEY SYSTEMS, Inc – Latin America  Calle 103 No.45A-35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia Internet: www.bentley.com/la  Email: [email protected]  Teléfono: +57 1 6958071






Esquema objetivo




Configuración básica del modelo




Ejecute WaterCAD/GEMS®. Elija New en el menú File o haga Click en el Icono respectivo. WaterCAD/GEMS® tiene la capacidad de trabajar con varios fluidos a diferentes temperaturas al igual que con diferentes métodos de fricción. Para definir las opciones de cálculo, elija la opción Calculation Options que encuentra en el menú Analysis o presione [Alt+3] En este diálogo y sus distintas categorías, usted puede configurar estas opciones y otras relativas a la forma de ingreso de los datos. Indique que va a trabajar con agua a 20 grados C y que va a usar la ecuación de Hazen-Williams. El programa dispone de un modulo de librerías que le permitirá guardar entre otros configuraciones y valores de los fluidos de su interés.



Con respecto a las opciones generales del proyecto, es necesario definir el sistema de unidades de nuestra preferencia, los colores de fondo y frontales, así como los tamaños de los textos y símbolos. Para configurar estas definiciones, ir a Options en el menú Tools. En la pestaña definiremos los colores de fondo de nuestra preferencia y estableceremos en l aparte de abajo que el estilo de dibujo y de manejo de Zoom sea similar al de una herramienta CAD. Igualmente, para este taller definiremos como unidades de nuestra preferencia el Sistema Internacional (SI). En la pestaña en el menú desplegable Reset Defaults escoger “System Internacional”











Con respecto a las escalas, si estuviéramos usando la versión de WaterCAD/GEMS® para las plataformas AutoCAD o MicroStation, trabajaríamos directamente a escala sobre un archivo DWG, DGN, DXF o un Shapefile. Sin embargo como estamos usando la versión Stand-Alone, tenemos la flexibilidad de trabajar esquemáticamente o a escala. En la etiqueta indique que está usando un fondo a escala seleccionando Scaled. Utilice la escala horizontal indicada en la figura e introduzca un tamaño de 15 para los símbolos y textos. Seleccione el botón OK. Consejo: Haga un recorrido por las diferentes pestañas que ofrece el cuadro de dialogo Options y familiarícese con la gran cantidad de opciones existentes.

Ahora, elegiremos el archivo DXF que sirve de fondo y representa la geografía de la subdivisión. ©2010 BENTLEY SYSTEMS, Inc – Latin America  Calle 103 No.45A-35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia Internet: www.bentley.com/la  Email: [email protected]  Teléfono: +57 1 6958071






Para elegir el archivo DXF que nos servirá de guía para el dibujo, debemos ubicarnos en el lateral izquierdo de la interfaz, en la sección Background Layers. Si no está desplegado simplemente vaya al menú View y elija Background Layers. El primer botón de la izquierda es el botón New, seleccione New File para insertar un archivo DXF como background. El nombre de este archivo es Taller0.dxf. Seleccione el fólder donde se encuentren sus talleres para buscar y seleccionar el archivo. Haga click en el botón Open y defina las propiedades del archivo DXF de la siguiente manera:

Haga click en OK y aparecerá el archivo DXF de fondo. Si no aparece el archivo la primera vez, presione el botón Zoom Extents superior para obtener una vista de toda la extensión del modelo.

de la barra de herramientas




Antes de iniciar el dibujo de la Red, haremos uso de la herramienta Prototypes, que permite definir los valores por defecto que tendrán los elementos de la Red.




Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al menú View y seleccione Prototypes o presione [ctrl. En esta ventana usted puede determinar prototipos para cada uno de los elementos de WaterCAD/GEMS especificando las características que serán ingresadas por defecto cada vez que se crea un nuevo elemento. En este ejercicio solo vamos a determinar un prototipo para las tuberías pero en un proyecto real, el usuario puede crear distintos prototipos para diferentes elementos y también cambiar los mismos durante el proceso de dibujo. Seleccionando la categoría Pipe, haga click en el botón New para crear un nuevo prototipo. Use la ventana de propiedades del prototipo tuberías de presión para definir una tubería de plástica con un diámetro de 150 mm en el campo Diameter y un factor C de 150 en el campo Hazen-Williams C. Observe que en el campo Material, ya existe una librería de ingeniería con los parámetros físicos de diferentes materiales. En caso de seleccionar un material existente, los valores de rugosidad serán adoptados por el programa.

Como no usaremos ningún otro prototipo, podemos cerrar este cuadro de dialogo. Luego haga click en el botón Save

para guardar el archivo.




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




Dibujo del modelo

NOTA: MUCHA ATENCIÓN EN LA NUMERACION DE LAS TUBERIAS! Pistas: - Utilice las herramientas de dibujo a la izquierda de la ventana de WaterCAD/GEMS®. - No se preocupe por la longitud de la tubería P-1, Ud. la definirá más adelante. - Dibuje el sistema en el orden que determina la numeración de las tuberías en el dibujo - Para seguir el contorno del fondo, agregue quiebres en P-7 y P-4, haciendo click derecho y luego en Bend.




Edición del modelo

Haga click sobre la tubería P-1. Puesto que debemos ingresar manualmente la longitud de esta tubería. En la ventana propiedades para la tubería P-1, diríjase a la categoría de parámetros físicos (Physical) y el campo Has User Defined lenght? definalo como verdadero para poder ingresar manualmente el valor real de la longitud de esta tubería. Defina para esta tubería una longitud especificada de 137 m tal y como se muestra en la figura.




Con WaterCAD/GEMS® Stand-Alone usted puede trabajar en el mismo archivo de forma simultánea con elementos a escala y esquemáticos. Ya que la localización del tanque no es exacta, usaremos una longitud definida por usuario para la tubería P-1 dado que actualmente ha sido calculada según la escala del dibujo DXF.







Ahora modificaremos las características del tanque haciendo click sobre el símbolo del mismo en el dibujo, y revisando los parámetros incluidos en la ventana de propiedades La primera categoría cuyos parámetros debemos definir es la de Rangos Operativos (Operating Range). Para este ejercicio definiremos el tanque por los valores de elevación de su lamina de agua (podríamos hacerlo también por sus niveles en relación a su fondo o base). Por tanto debemos definir las elevaciones de la siguiente manera: - Elev. Base: 198 m (Dato Opcional) - Elev. Mínima: 198 m - Elev. Inicial: 203 m - Elev. Máxima: 207 m Importante: A partir que el tanque alcance el nivel mínimo, el programa considerará que el tanque está vacío desde el punto de vista hidráulico. Ver Esquema.

Finalmente en la categoría de datos físicos (Physical) definimos al tanque con una Sección Circular y un diámetro de 15 m. Nota: Verifique en este punto que se encuentre trabajando en unidades del SI.

Para ingresar los valores de demanda en los nodos podríamos hacer uso de distintas herramientas, en este caso utilizaremos el Administrador o Centro de Control de Demandas (Demand Control Center), que se encuentra como opción en el menú Tools o como el botón

de la barra de herramientas.







Bajo el menú desplegable del botón New, seleccione Initialize Demands for All Elements. Para ingresar los valores de demanda nos aseguraremos que las unidades están en litros por segundo. Para tal fin, haga click con el botón derecho del mouse en la columna de demanda (Base Flow) y seleccione Units and Formatting…

Nota: El campo ID, corresponde al identificador que WaterCAD/GEMS le asigna a cada elemento del modelo. El uso de este campo es exclusivamente interno. No se preocupe si en su modelo, los números ID que aparecen no corresponden a los de su tabla, esto no tiene ninguna incidencia. Seleccione en el nuevo cuadro de dialogo L/s como la unidad de demanda con 2 decimales de precisión. Haga click en OK.

Ahora vamos a asignarle a todos los nodos una demanda de 1.3 l/s. Para esto podemos hacer uso de la función Global Edit. Haga click derecho de nuevo en la columna Base Flow, y seleccione Global Edit. Seleccione Set como la operación (Operation), y teclee 1.3 como el valor para configurar globalmente las demandas de los nodos a 1.3 l/s.







Ahora la tabla del Centro de Control de Demandas, debe mostrar como demanda base 1.3 L/s en todos los nodos. Haga Click en Close para cerrar la tabla. Para ingresar las elevaciones de las uniones, vaya a la opción de reportes tabulares (Menu View/Flex Tables) y expanda la categoría Tables – Predefined haciendo doble click en el reporte de nodos (Junction Table). A esta tabla puede también acceder a través del botón en las barra de herramientas cuyo menú desplegable muestra la tabla Junctions. Ingrese las elevaciones de la tabla de la derecha para cada nodo. Asegúrese que los nombres de los nodos (J-1, J-2,…etc) coincidan con los indicados en las tablas como así también el orden de los mismos.

Nota: Haciendo click derecho en la Columna Label, puede ordenar en orden acendente/descendente. Antes de ingresar los datos verifique su ordenamiento.

Nodo

Elevación (m)

J-1

189

J-2

184

J-3

177

J-4

166

J-5

155

J-6

177

J-7

177

J-8

183

J-9

149

La tabla de uniones debiera visualizarse de la siguiente manera:

De esta manera hemos configurado la topología de la red, y podemos proceder a las simulaciones requeridas. Recuerde que para tuberías previamente habíamos establecido un prototipo que establecía su material y diámetro.

IMPORTANTE: La columna “ID” que aparece en las tablas de WaterCAD/GEMS se refiere a un identificador interno que utiliza el programa para relacionar y numerar tanto elementos topológicos del modelo como otros atributos de configuración que usa el Software. Es posible que en su modelo y sus tablas estos números, no coincidan con las capturas de pantalla que se presentan en el texto de este taller. No se preocupe esto no tiene ninguna implicación.




Ahora estamos listos para correr el modelo. Para estos nos desplazaremos al cuadro de dialogo de los escenarios de modelación (Menu Analysis/Scenarios). Para el escenario Base que por defecto ha sido creado, observamos en las opciones de calculo que se trata de un calculo simplemente hidráulico (Hydraulics Only) y el tipo de análisis (Time Analysis Type) es en Estado Estático y no incluye cálculos de calibración, flujo contra incendio, ni calidad del agua. Haga click en el botón Compute . Cuando la simulación se haya completado, usted verá la ventana de resultados para el escenario actual. Si usted ingresó los datos correctamente, su ventana de resultados se vera de la siguiente manera:




Simulación 1 - Escenario actual

Observamos que no existe ningún de error de cálculo simplemente algún mensaje informativo o de advertencia indicándonos que el tanque como única fuente de este sistema se está vaciando. Haga click en close para salir de esta ventana. ©2010 BENTLEY SYSTEMS, Inc – Latin America  Calle 103 No.45A-35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia Internet: www.bentley.com/la  Email: [email protected]  Teléfono: +57 1 6958071



Bajo el reporte tabular de nodos, examine las presiones (columna Pressure) y gradientes hidráulicos (columna Hydraulic Grade). De manera análoga, examine la tabla de tuberías (FlexTables -> Predefined Tables/Pipe Table). Compare sus resultados con los de la tabla de resultados. Asegúrese que las unidades en la tabla de tuberías estén de acuerdo con aquellas en la tabla de respuestas. Si no es así, modifique las unidades en los reportes tabulares haciendo click en el botón derecho en la columna, seleccionando las unidades y formatos deseados “Units and Formatting…” y haciendo los cambios apropiadamente.

Pista: - Para observar las velocidades u otro parámetro, es posible que deba modificar la tabla de tuberías “Pipe Table” para agregar los parámetros o campos deseados (consulte con el instructor en caso de dudas)




Ahora estamos listos para ver los resultados haciendo uso de los reporte tabulares. Para esto simplemente accedemos al cuadro de dialogo FlexTables y en las tablas predefinidas hacemos doble click en Junction Table.




Simulación 2 – Evento de Incendio




En esta simulación vamos a modelar un evento contra incendio en el nodo J-6 del sistema. El caudal necesario para atacar el incendio se ha estimado en 63 l/s. Para modelar este escenario adecuadamente vamos a crear una nueva alternativa de demanda basada en la alternativa base con la que se corrió la Simulación 1. Para crear la nueva alterativa, seleccione del menú principal Analysis y luego Alternatives o haga Click en el botón

de la barra de herramientas.

Seleccione y expanda la alternativa de Demanda (Demand Allternative) en el árbol de alternativas tal y como lo indica esta pantalla. Al expandir las alternativas de demanda aparecen las diferentes alternativas de demanda que están disponibles, en este caso a partir de la existente Base-Demand Alternative, crearemos una nueva alternativa “hija” de la existente. El crear un “hijo” de la alternativa existente, nos permitirá conservar la mayoría de los valores de demanda. Seleccionando Alternativa Base Demand, hacemos click en el botón derecho del mouse y seleccione New/Child Alternative una vez creada la nueva alternativa la renombraremos haciendo click derecho como “Demanda de Incendio en J-6”

La nueva alternativa aparece en la jerarquía como “hijo” de la anterior. Esto puede identificarse porque la nueva alternativa se encuentra “desplazada” hacia la derecha. Ahora simplemente haga doble click en la Alternativa Demanda de Incendio en J-6, y seleccionando el nodo J-6 ingrese una demanda de 63 L/s por concepto de caudal de incendio. El cuadro de dialogo debe aparecer de la siguiente forma: ©2010 BENTLEY SYSTEMS, Inc – Latin America  Calle 103 No.45A-35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia Internet: www.bentley.com/la  Email: [email protected]  Teléfono: +57 1 6958071






Note que el resto de demandas se conservan en 1.3 heredando la información de la alternativa “padre”. Haga click en el botón Close para cerrar esta ventana. Ahora vamos a crear un escenario que tenga en su configuración esta nueva alternativa de demanda. Los escenarios permiten almacenar alternativas de diferentes tipos incluyendo las de demanda. De esta forma la composición de las diferentes alternativas constituyen un escenario que se puede simular, analizar y comparar sus resultados.

Para crear el nuevo escenario seleccione Analysis y después Scenarios del menú principal. Se le presentara una ventana como la indicada a la derecha. De manera análoga a lo realizado el dialogo de Alternativas, estando seleccionado el escenario Base, hacemos click en botón derecho y seleccionamos New/Child Scenario. A este nuevo escenario, lo renombraremos como “Incendio en J-6”




Instantáneamente la ventana de propiedades, nos indicará las alternativas vigentes. Para modificar alternativas en un escenario determinado debe seleccionar la categoría correspondiente a la izquierda del cuadro de dialogo. En este caso seleccionamos la Alternativa de Demanda y seleccionamos del menú desplegable Demanda de Incendio en J-6. Todas las demás alternativas serán las mismas que para la Simulación 1. Vuelva al cuadro de dialogo de escenarios, para ejecutar la simualcion de este nuevo escenario.




Hasta ahora el nuevo escenario ha heredado las alternativas Base que constituían al escenario padre. Para modificar esta configuración y asignar diferente(s) tipos de alternativa, simplemente debemos hacer dobleclick en el escenario Incendio en J-6.







Haga click en el menú desplegable del Botón Compute y seleccione Batch Run… del conjunto de opciones desplegadas. Con esta herramienta usted puede correr todos o algunos de los escenarios simultáneamente. En este caso solo vamos a correr el escenario nuevo. Active la caja para el escenario Incendio en J-6 y haga click en Batch.

Se le presentara con un mensage de confirmacion; haga click en Yes.

Luego obtendrá un mensaje de finalización. Haga click en OK.

Cierre el Administrador del Escenarios, pero antes haga activo el escenario Incendio en J-6, simplemente estando parado en el escenario haga click en el Botón “Make Current” Mouse.

o haciendo click derecho en el

Si desea ver el cuadro resumen de la simulación de este escenario, puede ir al el menú Analysis/Calculation Detailed Summary donde observara que para este escenario se presentan advertencias por la existencia de valores negativos de presión. Analice los resultados de esta segunda simulación utilizando los reportes tabulares y compare con la tabla al final de este ejercicio. Nuevamente asegúrese que el escenario Incendio en J-6 se encuentra seleccionado al momento de analizar un reporte tabular con los resultados del mismo.







Simulación 3 – Incendio con nuevos diámetros De acuerdo a nuestras simulaciones anteriores concluimos que el sistema de tuberías de 150 mm, no funciona adecuadamente bajo el escenario de incendio en J-6. Las áreas con problema son probablemente las tuberías con las velocidades y/o gradientes de pérdidas más altos. Observe las tuberías con las velocidades y pendientes de fricción más altas en las tablas. En la siguiente simulación vamos a aumentar el tamaño de las tuberías para lo cual es necesario crear un nuevo escenario, repitiendo el proceso anterior pero esta vez creando y modificando una nueva alternativa Física. Vamos a conservar la misma alternativa de demanda del escenario pasado para tener en cuenta el flujo de incendio en J-6. Vamos a cambiar los diámetros de las tuberías P-3, P-4, P-5 y P-6 a 200 mm y las tuberías P-1 y P-2 a 250 mm. Diríjase al menú Analysis y después Alternatives o haga simplemente el Botón de Alternativas que encontrara en la barra de herramientas. Seleccione y expanda la categoría de parámetros físicos (Physical Alternative). Seleccionando la alternativa Base Physical, haga click en botón derecho y seleccione New/Add Child Alternative. Nombre la nueva alternativa “Diámetros Nuevos”. Teniéndola seleccionada haga doble click y en la tabla de caracteristicas fisicas seleccione la etiqueta Pipe.

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

El cuadro de dialogo debe aparecer de la siguiente forma:







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

Desde el menú principal desplegable, seleccione Analysis y después Scenarios para construir un nuevo escenario usando esta alternativa de nuevos diámetros. Teniendo seleccionado el escenario “Incendio en J6” vaya al menú de desplegable del botón Nuevo, haga click en Child Scenario. Teclee el nombre del escenario como “Incendio en J-6 con diámetros nuevos”.

Para definir el grupo de alternativas que configuraran o caracterizaran a este nuevo escenario, hacemos dobleclick en el escenario Incendio en J-6 con diámetros nuevos, inmediatamente la ventana de propiedades nos indicara las distintas categorías para las alternativas.




Seleccione la alternativa física Diámetros Nuevos para este escenario (Physical). Verifique que Demanda de Incendio en J-6 esté activa como la alternativa de demanda (Demand). Haga click en Close.




Observe nuevamente como el escenario hijo hace uso de una estructura de herencias en la conformación de sus alternativas.

Haga click en el menú desplegable del Botón Compute y seleccione Batch Run… del conjunto de opciones desplegadas. Selecciones el escenario Incendio en J-6 con diámetros nuevos y haga click en Batch.




Cierre las confirmaciones y analice los resultados asegurándose que el escenario correcto esta seleccionado (Make Current). Una herramienta que existe para ver las notificaciones y advertencias que arroja la simulación, es el User Notifications que se encuentra en el menú Analysis. En este caso (Ver tabla abajo), al parecer todavía se presentan valores negativos de presión en el nodo J-6.




Se le presentara con un mensage de confirmacion; haga click en Yes y otra vez OK.

Si usted termina el problema antes de tiempo, trate crear un nuevo escenario en el cual cambien los factores de C a 130 usando otra alternativa física, para ver los efectos que produce este cambio en los resultados de Presión a lo largo de la Red.




Resultados


1

2

3

Escenario

Base

Incendio en J-6

Incendio en J-6 con diámetros nuevos

Presión (Pressure) en J-9 (m H2O)


Simulación


Nota: Dado a que utilizamos un dibujo a escala, algunos valores pueden ser levemente diferentes a los de sus compañeros e instructor, pero deben estar muy cercanos.

Presión (Pressure) en J-1 (m H2O) Presión (Pressure) en J-6 (m H2O)

Gradiente Hidráulico (HGL) en J-5 (m) Velocidad (Velocity) en P-1 (m/s) Velocidad (Velocity) en P-6 (m/s) Descarga (Flow) en P-3 (l/s) Descarga (Flow)en P-7 (l/s) Tubería con mayor gradiente de pérdidas Gradiente de pérdidas de esa tubería (m/km)

Discusión 1. ¿Aunque J-9 esta ubicada lejos de la fuente, por qué la presión en ese punto es tan alta?

2. ¿Qué significan las presiones negativas para la simulación de Incendio en J-6? Qué le sucede realmente al sistema?

3. ¿Cómo cambia la división de flujo entre las tuberías 3 y 7 cuando usted cambia los diámetros? ¿Por que?

4. ¿Cómo pudiera afectar el diseño si usted tuviera otra fuente de agua disponible cerca de la carretera en J-9?

5. ¿Qué más puede hacer el diseñador para mejorar las presiones?



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Curso WaterCAD/GEMS



III – Elementos Especiales en un Modelo Hidráulico

Configuración Topológica Representación de Elementos Singulares en Modelos Hidráulicos



Elementos Singulares del Modelo • Tanques y Reservorios: Almacenamiento, Provisión en horas pico e Uniformización de Presiones. • Estaciones de Bombeo: Añaden energía al flujo. • Válvulas Funcionales: Control de condiciones de flujo y presión del Sistema. • Válvulas de Aislamiento: Tienen por objeto aislar hidráulicamente el sistema solo ante eventos de reparación. • Hidrantes y Emisores: El caudal de salida en estos puntos depende del valor de la Presión y las características resistentes. 2



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Tanques & Reservorios Reservorio Volumen ou infinito o Nivel de agua constante*

Tanque Volumen finito Nivel de agua g variable Condiciones Iniciales Pueden tener diversa geometría Modelos de Mezcla 3




(Condiciones de Frontera)


Impactos de Tanques y Reservorios • • • • •

Aprovechar la energía potencial (altura) Proveer almacenamiento de emergencia Regulación de presiones Balancear consumo Proveer presión en extremos durante horas pico – (Tanques de Cola)

• Impactos Negativos de Calidad del Agua – Tiempo de Residencia Largos – Mezcla Pobre

4



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Bombas (Definiciones)

• Clasificación: - Bombas Volumétricas - Bombas Rotodinámicas A. Según la dirección del Flujo - Radiales (Centrífugas) - Axiales - Helicocentrífugas (Flujo Mixto) B. Según Velocidad - Bombas de Velocidad Fija (BVF - FSP) - Bombas de Velocidad Variable (BVV - VSP)

5




• Bomba: Máquina que transforma energía mecánica en energía hidráulica, proporcionándole a un fluido presión y velocidad


Bombas (Conceptos Generales) • Curvas Características – Carga – Eficiencia

H

Curva Resistente B

– Brake horsepower

Curva Consigna

– NPSH A

Q

• El modelo d l selecciona l i ell punto t d de operación ió a través de la curva de resistente del sistema y la curva característica de la Bomba.

6



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Curso WaterCAD/GEMS

Representación de la Curva Característica en el Modelo

Donde,

H B = A ⋅ Q2 + B ⋅ Q + C

HB = Carga impartida por la bomba (m) Q = Caudal Bombeado (m3/s) A, B y C = Coeficientes que describen la curva característica. C es también conocido como carga de apagado.

Por otra P t parte, t la l potencia t i consumida id para una eficiencia conjunta bomba motor (η) está dada por:

P=

1

η

⋅ ρ ⋅ g ⋅Q ⋅ H

7




La curva característica de una bomba es usualmente representada como:


Definiendo la Curva Característica

Usualmente 3 puntos son requeridos para definir la curva característica. Puntos Típicos son: - Carga de apagado (Q= 0). - Punto en Máxima Zona de Eficiencia. - Flujo máximo (H ≈ 0 m).

CURVA CONSIGNA: Es la mínima altura piezométrica necesaria en cabecera del sistema hidráulico para garantizar una presión residual suficiente en el punto de consumo más desfavorable del sistema, para cada caudal de impulsión. 8



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Curso WaterCAD/GEMS

Carga de Apagado

Punto de Diseño

Punto de Flujo Máximo Zona de Máxima Eficiencia Eficiencia

9




Puntos clave en la Curva Característica de una Bomba


Válvulas en Redes de Distribución Las válvulas cumplen un papel fundamental en la gestión de redes de distribución. Entre otras funciones p permiten al operador regular caudales y presiones, proteger el sistema frente a sobrepresiones y depresiones, controlar el sentido del flujo, aislar tramos de conducción, entre otros. Clasificación Funcional: 1. Válvulas de Control (Automáticas): Presión, Caudal, Pérdida de Carga, Nivel Depósitos. 2 Válvulas de Regulación (Motorizadas) : Presión, 2. Presión Caudal, Caudal Propósito General 3. Válvulas de Protección: Alivio Presiones, Sentido del caudal, Expulsión de Aire 4. Válvulas de Operación: Aislamiento (Todo/Nada).

10



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Curso WaterCAD/GEMS

Tipos de Válvulas en el Modelo • Válvula Sostenedora de Presión (PSV) - Mantiene una presión mínima en la entrada • Válvula Quebradora de Presión (PBV) - Asume una pérdida de presión específica en la válvula • Válvula de Control de Flujo (FCV) - Limita el flujo de agua que pasa por la válvula a un valor deseado • Válvula General (GPV) - De uso general, cualquier pérdida o flujo • Válvula de Cheque - Permite/restringen flujo en una sola dirección. Propiedad Tubo – Implícita en Bombas. • Válvula de Aislamiento - Permiten aislar tramo(s) de la conducción. No Topológico. No disponible en todos los software. • Válvula de Altitud - Válvula implícita en el elemento Tanque. 11




• Válvula Reductora de Presión (PRV) - Limita la presión de salida a un valor deseado


Estado de Válvulas de Control Variables Fluidas • El usuario puede especificar el estado inicial de la válvula (Condición de Frontera) – Activa – Cerrada – Inactiva

• Si está activa, el estado es controlado por el modelo – Controlando – Limitar presión (Reducir/Sostener) – Abierta – Solo pérdida menor – Cerrada – No flujo

12



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Curso WaterCAD/GEMS

VÁLVULA REDUCTORA DE PRESIÓN ACTIVA Demanda = 300

55

70

Q = 300

Control

70

55

65 Q=0

Cerrada

40

55 Q = 300 gpm

Abierta

13




Configuración = 55


VALVULA SOSTENEDORA DE PRESION ACTIVA Configuración = 55 Control 55

55

Abierta 70

55

Cerrada 45

55

55

14


69

Demanda = 300 250 gpm

300 gpm

0 gpm


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Curso WaterCAD/GEMS

Hidrantes y Emisores




Los Hidrantes son elementos nodales que usualmente tienen un estado “cerrado” y que buscan satisfacer una demanda o caudal de incendio para condiciones operativas determinadas. Ell caudal d l en hidrantes hd no es un dato d d entrada, de d sino un resultado de la presión residual existente en dicho punto considerando pérdidas y el coeficiente de emisor definido Los Emisores de Flujo Propiedad asociada al elemento Nodo, que puede ser o no activada. Permiten estimar el caudal de salida en un orificio. El caudal en un emisor varía según el valor de la presión. presión n La ecuación del emisor está dada por: e

Q = k ⋅P

Donde: Q: Caudal Emitido / P: Presión ke: Coeficiente del Emisor (Propiedad del Nodo) n: Exponente del emisor. Número adimensional que afecta las unidades del coefiente ke. El valor por defecto es 0.5 valor típico para un orificio 15


Taller 1 Bombas, Tanques y Válvulas © 2008 Bentley Systems, Incorporated


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MO DELACIÓ N Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓ N DE AGUA USANDO W ATER CAD - W ATER GEMS

TALLER 1 – P ÁGINA 1-1

Construcción de una Red incluyendo Bombas, Tanques y Válvulas Taller 1

Vamos a llevar a cabo dos simulaciones que nos permitirán analizar el comportamiento del sistema, la bomba y las válvulas reductoras de presión bajo ciertas condiciones de análisis. El primer escenario contará con una demanda normal, y el segundo tendrá una demanda adicional en el nodo J-4. Las tuberías del sistema son de hierro fundido (Cast Iron) y tienen diez años de antigüedad por lo cual les asignaremos un coeficiente de rugosidad C (Hazen-Williams) de 100. T-1 P16

J-7

P-12

J-8

P-1 1

P-1

PMP-1

P-2

J-1

P-10

J-6

J-5

P-9

P-8

P-14

R-1

PRV-2

PRV-3

J-2 P-4

PRV-1

P-5

P-7

P-15

P-3


Usando el sistema de distribución de agua de la figura de abajo, construiremos un modelo conteniendo un tanque, un reservorio, una bomba y tres válvulas reductoras de presión (PRV).

3 P-1



Objetivo General

J-3

P-6

J-4

NOTA: No comience el dibujo o trazado de la Red, hasta no haber leído el enunciado completo e instrucciones generales en las siguientes 5 páginas.

Objetivos Específicos del Taller Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD - WaterGEMS:  Familiarizarse con la interfaz de WaterCAD/GEMS 

Trazar una red e ingresar los datos de los elementos



Configurar prototipos de elementos



Ingresar definiciones de bombas y datos complementarios



Modelar válvulas reductoras de presión (PRVs) y Tanques en una Red ©2010 BENTL EY SYSTEMS, Inc – Latin America  Calle 103 No.45A-35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia Inte rne t: www.bentle y.com/l a  Emai l : Juan.Gutie rre z@Be ntle y.com  Te lé fono: +57 1 6958071



Configuración básica del modelo




Creación de un nuevo proyecto de WaterCAD/GEMS 1. En su escritorio, haga Doble click en el ícono de WaterCAD V8i o WaterGEMS V8i o diríjase al botón de Inicio /Programas/Bentley/ para encontrar el acceso directo. A continuación recibirá la siguiente ventana de bienvenida. 2. Click en Create a New Project. Si la ventana de bienvenida no estuviera abierta seleccione el menú File/New. 3. Una vez el nuevo proyecto haya sido creado, diríjase al menú File/ Save As. Nombre el proyecto como Taller1_[sus iniciales].WTG y haga click en el botón Save.

Configuración de las Propiedades del Proyecto (Opcional) Un primer paso recomendable será ingresar las propiedades del proyecto. Aunque esto no es obligatorio, siempre es recomendable agregar información relativa y notas adicionales al modelo. 1. Haga click en el Menú File/Project Properties. 2. En el cuadro de diálogo, ingrese una información más descriptiva del título que tendrá este proyecto, del nombre del ingeniero proyectista, su empresa. Finalmente, tiene un campo de Notas donde puede agregar observaciones que faciliten la revisión del modelo por parte de una tercera persona. Haga click en una vez complete la información.

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Definición de Opciones del Proyecto




A continuación, será necesario definir algunas opciones generales y de dibujo del proyecto antes de comenzar el dibujo del sistema. 1. Haga click en el Menú Tools/Options. 2. En la pestaña “Units” vaya al menú desplegable Reset Defaults y seleccione Sistema Internacional, para asegurarse que este será el sistema de unidades que por defecto adoptará cada parámetro.

3. En este taller trabajaremos en forma esquemática (es decir, la longitud en el dibujo no es la real, pero el esquema es proporcional). Seleccione entonces la pestaña “Drawing” y defina el modo de dibujo (Drawing Mode) como esquemático (Schematic) y seleccione los multiplicadores de tamaño de símbolos y anotaciones como 10.0 tal y como se ilustra:

4. Finalmente, haga click en OK para aceptar los cambios realizados. Nota: Al escoger la opción de dibujo como esquemática, esto implicará que usted estará ingresando manualmente las longitudes de la tubería en lugar de usar longitudes escaladas que serían calculadas automáticamente por el programa. ©2010 BENTL EY SYSTEMS, Inc – Latin America  Calle 103 No.45A-35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia Inte rne t: www.bentle y.com/l a  Emai l : Juan.Gutie rre z@Be ntle y.com  Te lé fono: +57 1 6958071






Siempre deberá tener en cuenta que al crear nuevos modelos es necesario en primera instancia definir la configuración básica del proyecto. WaterCAD/GEMS® tiene la capacidad de trabajar con varios fluidos a diferentes temperaturas al igual que con diferentes métodos de fricción. Para definir las opciones de cálculo, abra el cuadro de diálogo Calculation Options que encuentra en el menú Analysis o presione [Alt+3].

Sobre la categoría Steady State/EPS Solver (opciones de cálculo para régimen permanente) haga doble click sobre “Base Calculations Options” para desplegar la ventana de propiedades En este caso aceptaremos las configuraciones por defecto. Esto es la ecuación de Hazen-Williams como método de fricción, y como líquido agua a 20 grados C. Los valores intrínsecos del fluido proceden de las librerías de ingeniería previamente creadas en el programa, pero estas librerías puede ser personalizadas por el usuario.




Como se ha anotado, el programa ofrece la posibilidad determinar prototipos para cada uno de los elementos de WaterCAD/GEMS.

En esta ventana usted puede determinar prototipos para cada uno de los elementos de WaterCAD/GEMS especificando características que serán ingresadas por defecto cada vez que se crea un nuevo elemento. En este ejercicio solo vamos a determinar un prototipo para las tuberías a presión (Pipe) no obstante el modelador tiene la posibilidad de crear tantos prototipos como sea necesario. Expanda la categoría Pipe, haga click en el botón New para crear el nuevo prototipo (escoja el nombre de su preferencia) y a continuación configuraremos este prototipo en la ventana de propiedades. Como primera medida en la tabla de propiedades del prototipo, elegiremos hierro fundido (Cast Iron) como el Material. Para hacer esto seleccionamos material en los parámetros físicos (physical) y haremos click en el botón ellipsis , y se desplegara esta nueva ventana con la librería de materiales que la expandir la lista nos mostrara el material Hierro Fundido.




Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al menú View y seleccione Prototypes.







Para seleccionar el material simplemente haga click en el botón , esta vez no seleccionaremos manualmente los elementos, asi que haremos uso de la herramienta Query, que permite hacer consultas y selecciones según criterios dados.

4.

Haga Click en el botón y seguidamente en la categoría Custom Queries/Pipe, tal y como se muestra a la derecha.


MO DELACIÓ N Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓ N USANDO W ATER CAD - W ATER GEMS


Haga un filtro seleccionando lo siguiente: - Label: Material (Haga doble click sobre Material en la ventana de atributos) - Operator: = - Value: ‘Cast Iron’ (descripción del Material, atributo tipo “String”)




Antes de oprimir el botón , verifique que la descripción de la consulta coincida con la figura que se indica a continuación.

Nota: Observe la gran cantidad de operadores disponible en el cuadro de dialogo “Query Builder” este está basado en el lenguaje SQL y permite hacer consultas compuestas de alta complejidad. 5.

Haga click en OK, y a continuación en el botón Done

de la herramienta Select.



6.

Este filtro o Query va a seleccionar 17 tuberías de hierro fundido que se encuentran en nuestro modelo topológico. Las tuberías incluidas en este conjunto de selección, aparecerán en la ventana Selection Set.

Class Date: 24-Apr-2012 Company: Inst. Costarricense de Acueductos DO NOT DISTRIBUTE - Printing for Student Use is Permitted


7.

Añada ahora con el Botón New, el otro grupo de ajuste por rugosidad al cual denominaremos Hierro dúctil en la columna Label.

8.

Siguiendo el mismo proceso ejecutado anteriormente, oprima el botón ellipsis (…) y a continuación seleccione en el cuadro de dialogo Selection Set el botón Select from Drawing

9.

.

Sobre la ventana de Selección que se activará encima del área de dibujo, haga click en el botón Query y en el menú desplegable seleccione Custom Queries/Pipe.







Para esta nueva consulta definimos los criterios de la siguiente manera: - Label: Material (Haga doble click sobre Material en la ventana de atributos) - Operator: = - Value: ‘Ductile Iron’

10. Haga click en OK, y a continuación en el botón Done








11. En el dialogo de Selection Set, aparecerán las 29 tuberías restantes que tiene el modelo y que corresponden al material Hierro Dúctil. Su cuadro de dialogo debe lucir de manera similar a como se ilustra a la derecha.

12. Finalmente oprima el botón , a partir de allí utilizaremos nuevamente la herramienta Query incluida en la ventana de herramientas de selección sobre dibujo, que sabemos nos permite seleccionar elementos según criterios dados.

7.

Haga Click en y seguidamente en el set de selección Consumo Comercial, tal y como se ilustra.




4.

Nota: Los grupos de selección (Selection Set) Consumo Comercial y Consumo Residencial fueron previamente creados en el modelo agrupando los nodos que tenían un patrón de consumo (Pattern Demand) comercial y residencial respectivamente. Para verificar esta información puede oprimir posteriormente el botón Demand Control Center verificar el patrón de consumo asociado a cada nodo.

y

En caso de tener dudas sobre al creación de grupos de selección sobre los elementos de la red, consulte a su instructor. 8.

Observe que los elementos agrupados con consumo comercial quedaran resaltados en Rojo. A continuación oprima el botón Done







9.


Este filtro o Query va a seleccionar los 8 elementos de unión, caracterizados por un patrón de consumo de tipo comercial.

10. Los nodos incluidos en este conjunto de selección, aparecerán en la ventana Selection Set. Haga click en .

11. Deberá observar un grupo de ajuste con 8 elementos denominado Comercial. Nuevamente haga click en New y nombre en la columna label un nuevo grupo de ajuste como Residencial.

12. De manera análoga a los pasos 5) a 10) ejecutados anteriormente, para el campo de la columna elements, oprima el botón ellipsis (…) y a continuación seleccione en el cuadro de dialogo Selection Set el botón

WaterCAD/GEMS V8i, Curso de Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución, Intermedio (sistema métrico

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