Manual SewerCAD

Manual del Curso Taller

Modelamiento Computarizado de Sistemas de Alcantarillado Aplicación de SewerCAD V8i Objetivos:

Contenido

Introducción ......................................................................................................................................................... 2 Tema N°1: Modelamiento de Sistemas de Alcantarillado......................................................................... 3 Taller N° 1 .......................................................................................................................................................... 28 Tema N° 2: Dimensionamiento Redes de Alcantarillado ........................................................................ 56 Taller N°2............................................................................................................................................................ 86 Taller N° 3 ........................................................................................................................................................ 111 Tema N° 4: Simulación en Periodos Extendidos ..................................................................................... 131 Taller N° 4 ........................................................................................................................................................ 137 Referencias Bibliográficas Básicas ............................................................................................................... 157

Pro gram a Sew erCAD / Sew erGEM S Sa nitary V 8i

Ela bora do por: I ng. Yuri Marc o Sá nchez M erlo

Manu al del Curs o - Ta ll er: M od ela mi ent o C om putar iz ad o d e Si stema s d e Alcant arilla do

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Introducción Los sistemas de alcantarillado, no se introdujo como aumento de la comodidad o para una mejor forma de vida, sino como consecuencia de las epidemias de cólera que ocurrieron a lo largo de la historia. Por lo que el Alcantarillado es la evacuación de las aguas residuales o de los efluentes líquidos de las viviendas a través de un sistema de conductos hasta las plantas de tratamiento de aguas residuales y su disposición final. Este servicio brindado a la población debe ser continuo (24 horas). Su comportamiento es complejo y tienen una diversidad de componentes como extensas longitudes de tuberías (colectores, interceptores, emisores, impulsión, succión), estructuras de inspección, cámaras de bombeo, sifones invertidos, etcétera. Por lo que, los encargados de estos sistemas deben diseñar y operarlos, verificando el cumplimiento de las restricciones hidráulicas (velocidad y fuerza de arrastre) de acuerdo a lo establecido en las normas respectivas. Debido a esta necesidad, de conocer el comportamiento hidráulico de los sistemas de alcantarillado, en el transcurso del tiempo, ha evolucionado la hidráulica de redes. Siendo una de ellas, la modelación hidráulica, técnica para el análisis hidráulico, cuya interpretación de resultados la usaremos para planificar, diseñar y operar redes de alcantarillado. En paralelo, por el avance de la Informática se han desarrollado programas de cómputo, que son parte del modelamiento hidráulico, como herramientas para el análisis, simulación y diseño de redes de alcantarillado. Es así, que actualmente existe una diversidad de programas para el modelamiento de redes de alcantarillado, desde los que son libres, caso SWMM y otros, hasta los comerciales, como MOUSE, SewerCAD, entre otros. Estos programas se diferencian por el sistema operativo (MS DOS, MS Windows, etcétera), interfase gráfica (GIS, CAD, propio u otro), componentes a modelar, cantidad de elementos a modelar (tuberías o nodos), tipos de análisis, diseño de redes (Automático o manual), método de cálculo usado para balancear la red y otras características. SewerCAD es un programa de cómputo que permite modelar sistemas de drenaje sanitario, para analizar su comportamiento hidráulico o efectuar su dimensionamiento, cuya aplicación es amplia en la recolección de las aguas residuales. El manual permitirá conocer las características de este programa, saber bajo qué sistema operativo y entorno gráfico trabaja; describir los elementos usados para elaborar los modelos hidráulicos; determinar el tipo de análisis hidráulico. Este Manual es utilizado en la parte práctica del curso “Alcantarillado y Drenaje Pluvial”, en la Especialidad de Ingeniería Sanitaria – Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Ingeniería. El Autor.




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Tema N°1: Modelamiento de Sistemas de Alcantarillado



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MODELAMIENTO CO MPUT ARIZADO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO Taller N° 1 CONTENIDO

Análisis Hidráulico en Estado Estático

Preparado por: Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo




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Taller N° 1 Análisis Hidráulico en Flujo Permanente de una Red de Alcantarillado considerando Cargas Sanitarias y Cargas de Lluvia Realizaremos el cálculo hidráulico, 02 escenarios, de la red de distribución mostrada en el Gráfico N° 1, en Estado Estático, aplicando el Programa de Cómputo SewerCAD. Para lo cual, aplicaremos las herramientas de escenarios y alternativas, realizaremos las siguientes 02 simulaciones hidráulicas de la red mostrada: Simulación N° 1: Se analizará para condiciones de carga sanitaria, el Escenario se denominará “Escenario con Carga Sanitaria”. Simulación N° 2: Analizaremos para las mismas condiciones de carga sanitaria y cargas de lluvia, el Escenario lo denominaremos “Escenario con Carga Sanitaria + Cargas de Lluvia”.

Gráfico N° 1 Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga (Outfall O-1), conductos (Conduit P-1, P-2, P-3, ...) y buzones de inspección (Manhole MH-1, MH-2, MH-3,… ).




1.

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Creación y configuración de un nuevo Proyecto

En el Menú despegable File/New ó Ctrl+N.

seleccionar

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). Enseguida, hacer doble click sobre Base Calculation Options. En la ventana de la derecha, aceptaremos la configuración por defecto que se muestra. Así tenemos: Ver que el tipo de análisis (Time Analysis Type), seleccionado es Estado Estático (Steady State).




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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. Ahora en el menú Tools elegimos Options. Primero, verifique el sistema de unidades con la cual estará configurado el Proyecto. En la ventana Options, en la etiqueta , en , seleccionar SI (System International)

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

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 , en la sección Drawing Scale, seleccione Schematic. Introducir 15 en Symbol Size Multiplier y 15 en Text Height Multiplier, en la sección Annotation Multipliers, (multiplicadores de anotación) como los valores multiplicadores para las anotaciones y símbolos del dibujo.




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En la etiqueta , para el caso de los conductos (Conduit), configure en la columna Prefix (Prefijo), como “P.

En la etiqueta , en la sección, verifique que el método de cálculo de la fricción (Friction Method) tenga seleccionado Manning’s. Observe que para la pérdida por fricción en tuberías a presión (Pressure Friction Method), está seleccionado Hazen - William. Hacer click en OK.

Para el presente Proyecto, crearemos un catalogo de conductos a partir de la Librería de Conductos. En el menú Components y seleccionar Conduit Catalog.




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Haga click en el botón y seleccione Import from Library.

En la ventana Engineering Libraries, expande el árbol del catálogo de conductos y seleccione con un check los diámetros 200 mm, 250 mm y 300 mm. Luego haga click en Select.

Debiendo mostrarse lo siguiente:



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Ahora, el SewerCAD, ofrece asignar valores por defecto a cada uno de los prototipos: Para ello, vaya al menú View y seleccionar Prototypes. Hacer click en el botón New, para crear un nuevo prototipo (Conduit Prototype-1) Sobre el Conduit Prototype-1, hacer doble click para ingresar a su ventana de propiedades. Para el caso de los conductos (Conduit), en la ventana de diálogo de la derecha configurar como se muestra, donde se considera como datos por defecto: Conduit Type = Catalog Conduit Material = PVC Section Size = 200 mm Manning’s n = 0.010 Luego cerrar la ventana Prototypes (Prototipos). Recordar que estos serán datos que por defecto contendrá cada conducto al inicio, luego se podrá modificar sus datos para cada uno de ellos.

Guardar como “Taller_N°1_AHEE.swc”, en la C:\Mis_documentos\Curso_SewerCAD\Taller N°1_Inicio_SewerCAD.


siguiente


carpeta


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Recuperación de la Cartografía (Planimetría)

Para recuperar la planimetría de la zona de estudio, se puede realizar lo siguiente, estando trabajando en SewerCAD / SewerGEMS Sanitary:

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\Curso_SewerCAD\Taller N°1, ubicar y abrir el archivo “Plano Taller N°1.dxf”.

Observar que el SewerCAD ó SewerGEMS Sanitary, puede insertar planimetrías de la zona de Estudio en diversos formatos: DXF, SHP, BMP, JPG, JPEG, JPE, TIFF, etc.




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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 superior para obtener una vista de toda la extensión de la planimetría.


de la barra de herramientas



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3. Ubicación de Componentes y trazado de la Red de Alcantarillado Sanitario. Luego de recuperar la planimetría, se inicia con ubicar cada uno de los componentes de la red de alcantarillado y el trazado de los conductos, para ello hacer uso de los Prototipos (Conduit, Manhole y Outfall)

Barra de Prototipos

Nota: Durante el trazado verificar que el nombre o etiqueta (Label) de cada elemento coincida con lo señalado en el gráfico. Además, preste atención de las indicaciones del Instructor.




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4. Ingreso de Datos – Entering Data A) Ingresando datos a través de ventanas de diálogo Hacer doble click sobre el elemento Outfall “O-1”(ó haga click derecho y seleccione Properties). En la ventana de la derecha ingresar en: Boundary Condition (Condición de Frontera): - Boundary Condition Type: Outfall

Free

Physical: - Elevación de Terreno: 93.00 m.s.n.m. - Elevación de Fondo: 91.25 m.s.n.m.

Alcances: Recuerda que de la misma forma podrías ingresar a la ventana de propiedades de cada uno de los manholes y conduits, para digitar sus datos.

B) Ingresando Datos a través Tablas Flexibles – FlexTables: Para el presente Taller, ingresaremos los datos de los buzones y conductos, haciendo uso de tablas. Hacer

click

en

el

en

el

botón FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinámicas. Seleccionar Manhole Table (Haga doble click sobre esta tabla).




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Ingresar la elevación de terreno (Ground) y la elevación de fondo (Invert) de cada buzón.

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.




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Para el caso de los Conductos seleccionar la Tabla de Conducto (Conduit 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 en forma ascendente la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente. En la columna Conduit Type, hacer click derecho y seleccionar Global Edit, seleccionar operación SET y como valor (value) Catalog Conduit y luego hacer click en OK. Luego editar las demás columnas de acuerdo a lo mostrado en la tabla.




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ASIGNACIÓN DE CARGAS

Para asignar cargas sanitarias en los buzones de inspección, hacer click en Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias)

Sanitary Load

En la ventana de Sanitary Load Control Center, hacer click en el primer botón de la izquierda y seleccionar Initialize Pattern Loads for All Elements. Asignar la carga sanitaria a cada buzón de inspección (Manhole), 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.




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Antes de ejecutar el programa, vamos a dar valores a los siguientes parámetros, para verificar los resultados del análisis hidráulico. En el menú Components, seleccionar Default Design Constraints, e ingresar lo siguiente: Para Gravity Pipe, en la pestaña Velocity indicar los rangos de velocidad (mínima y máxima). En Percentage Full, señalar 75%.

Ahora, en la pestaña Cover indicar los rangos de cobertura (mínima y máxima).

En la pestaña Slope indicar los rangos de pendiente (mínima y máxima).

Tener presente, que estos parámetros el SewerCAD /SewerGEMS Sanitary lo utilizará para poder comparar los resultados del análisis, y señalarnos si los resultados están fuera de los rangos especificados.




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5. Simulación 1: Escenario con Carga Sanitaria sin Evento Pluvial 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 “Escenario con Carga Sanitaria - Sin Evento Pluvial”.

En la ventana de alternativas, renombrar la alternativa de cargas sanitarias “Base Sanitary Loading” como “Cargas Sanitarias”.

Regresando a la ventana de Escenarios (Scenarios), Hacer click en el ícono . .




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Debiendo obtener la ventana:



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6. Visualización y verificación de resultados Existen diversas formas de visualizar SewerCAD/SewerGEMS Sanitary V8i:

y

verificar

los

resultados

en

el

programa

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 el Conducto P-7, hacer click derecho sobre esta tubería y seleccione Properties, debiendo mostrar lo siguiente:

En Resultados (Results), se tiene lo siguiente: Flow Velocity (Average)

= =


Caudal que circula por dicha tubería Velocidad (Promedio)

= 75.00 l/s = 1.73 m/s



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B) Tablas Flexibles – FlexTables – Tabular Reports (Tablas dinámicas).

Hacer click en el en el botón FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinámicas. Seleccionar Conduit Table (haga doble click sobre esta tabla).

Verifique que sus resultados de los conductos, coincidan con lo que se muestra a continuación:

En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente: Flow Velocity (Average) Capacity (Full) Capacity (Designl) Depth (In) Depth (Out) Depth (Average End)/Rise

= = = = = = =

Caudal que circula por cada conducto Velocidad (Promedio) Capacidad a conducto lleno Capacidad a al nivel de diseño Tirante (Ingreso) Tirante (Salida) y/D %

Si quiere cambiar las unidades de uno de las columnas, hacer click derecho en el encabezado de la columna y seleccionar Unit and formatting, luego elegir la unidad (Unit) y el número de decimales (format).




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Creación de Perfiles Hidráulicos: Ahora crearemos el Perfil Hidráulico de los conductos P-5, P-6 y P-7.

Haga click en el en el botón Profiles, para mostrar la ventana de perfiles. Luego, hacer click en el botón New. En la ventana Profile Setup, haga click en el botón Select From Drawing.

En la siguiente ventana con el puntero seleccionar los conductos P-5, P-6 y P-7, enseguida haga click derecho sobre la ventana de dibujo y selecciones Done.

+

+




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Debiendo observar la siguiente ventana: Ahora haga click en el botón Open Profile.



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Otras formas de reporte son: D) Element Symbology

Con esta herramienta podemos: Color Coding Annotation

: colorear la red de acuerdo algún atributo ó : anotaciones en los elementos del modelo.

Colorear las tuberías en función a la velocidad:

F) Graphs: Administrador de Gráficos

G) Profile: permiten graficar perfiles longitudinales de los conductos.

I)

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

Nota.- seguir las indicaciones del instructor para su aplicación



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7. Simulación 2: Escenario con Carga Sanitaria con Evento Pluvial La segunda simulación consistirá en analizar la red para condiciones de cargas sanitarias y cargas de lluvia, el Escenario lo denominaremos “Escenario con Carga Sanitaria + Cargas de Lluvia”. Para ello, definiremos una nueva alternativa de infiltración e influjo, para luego crear un nuevo escenario para esta simulación. En la ventana de alternativas, renombre la alternativa “Base Infiltration and Inflow” como “Sin Evento Pluvial”.

Ahora, sobre la alternativa de infiltración e influjo “Sin Evento Pluvial” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Alternative.

La nueva alternativa de infiltración e influjo “Infiltration and Inflow Alternative - 1”, renómbrelo como “Con Evento Pluvial”. Observar que la nueva alternativa está como hijo de la alternativa anterior, habiendo heredado todos sus valores. .




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Hacer doble click sobre la alternativa “Con Evento Pluvial” , para ingresar la tasa de infiltración y cargas de lluvia En la ventana “Infiltration and Inflow: Con Evento Pluvial” (Alternativa), en la pestaña de Conductos (Conduit), primero ordene la relación de Conductos en forma ascendente, para ello haga click derecho sobre el encabezado “Label” y selecciones sort y luego ascendente. Asimismo, verifique que la columna Infiltration Rate per Loading Unit, tenga como unidad l/d, sino haga click derecho en el encabezado “Infiltration Rate per Loading Unit” y seleccione “Unit and Formatting” y modifique las unidades a l/d. En la columna Infiltration Load Type (Tipo de carga de infiltración), haga click derecho y seleccione Global Edit, luego en Valor (Value), elija Link Length. Ahora, asigne la tasa de infiltración (227 l/d/m) a cada conducto (Conduit), como se muestra en la ventana siguiente: (Haga uso de Global Edit)

Haga click en Close. Las cargas de lluvia se ingresa a través de la pestaña Manhole, pero para el presente Taller lo haremos, más adelante, haciendo uso del Centro de Control de Influjos (Inflow Control Center). Ahora, debemos crear un nuevo escenario (hijo), para analizar la red con la nueva alternativa creada “Escenario Con Carga Sanitaria - Con Evento Pluvial”. En la ventana de escenarios, sobre el escenario “Escenario Con Carga Sanitaria - Sin Evento Pluvial” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Scenario.




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El nuevo escenario “Scenario - 1”, renómbrelo como “Escenario Con Carga Sanitaria - Con Evento Pluvial”. Observar que el nuevo escenario está como hijo del escenario anterior, habiendo heredado todas sus alternativas. En el nuevo escenario, cambiaremos su alternativa de infiltración e influjo. En la ventana de escenarios, hacer doble click sobre el escenario “Escenario Con Carga Sanitaria - Con Evento Pluvial”, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de infiltración e influjo (Infiltration and Inflow), seleccionando la alternativa “Con Evento Pluvial”. Tener en cuenta que las otras alternativas serán las mismas que para la primera simulación.

Asegurarse que el escenario “Escenario Con Carga Sanitaria - Con Evento Pluvial” se encuentre activo, haciendo click en


(Make Current), debiendo observarse:



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Ahora ingresaremos las cargas de lluvia y de infiltración, recuerda las cargas de lluvia se asignarán en cada uno de los buzones (Manholes), mientras que la infiltración se asignará en los conductos, seguir los siguientes pasos: Para asignar cargas lluvia en los buzones de inspección, hacer click en Center (Centro de Control de Influjos).

Inflow Control

En la ventana de Inflow Control Center, primero ordene la relación de buzones en forma ascendente, para ello haga click derecho sobre el encabezado “Label” y selecciones sort y luego ascendente. Asimismo, verifique que la columna Base Inflow, tenga como unidad l/d, sino haga click derecho en el encabezado “Base Flow” y seleccione “Unit and Formatting” y modifique las unidades a l/d. Ahora, asigne la carga lluvia (600 l/d/buzón) a cada buzón de inspección (Manhole), como se muestra en la ventana siguiente:

Retornando a la ventana de Escenarios, haga click en el botón despegable Run.

y seleccionar Batch

En la ventana Batch Run, puede ejecutar todos o algunos escenarios simultáneamente. Seleccione con un check el escenario “Escenario Con Carga Sanitaria - Con Evento Pluvial” y hacer click en Batch.




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En el mensaje de confirmación (Please Confirm), hacer click en Sí.

Luego tendremos el siguiente mensaje de finalización, hacer click en Aceptar.

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

En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente: Flow Velocity (Average) Capacity (Full) Capacity (Designl) Depth (In) Depth (Out) Depth (Average End)/Rise

= = = = = = =

Caudal que circula por cada conducto Velocidad (Promedio) Capacidad a conducto lleno Capacidad a al nivel de diseño Tirante (Ingreso) Tirante (Salida) y/D %





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4. Resultados Responder: Para los conductos Simulación 1 Pregunta

Tubería

Valor

Simulación 2 Tubería

Valor

¿Qué tubería tiene la mayor velocidad (Promedio) y cuál es su valor en m/s? ¿Cuál es el caudal total que conduce la tubería P-7 en l/s? ¿Cuál es el tirante de salida en la tubería P-6 en mm? ¿Cuál es la tensión tractiva en la tubería P-5 en N/m2? Ejercicio Adicional: Realice la siguiente simulación: Simulación N°3:

Analice la red de alcantarillado, considerando Carga Sanitaria (Total 75 l/s), sin Evento Pluvial y una carga sanitaria adicional de 30 l/s en el Manhole MH-11.




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Tema N° 2: Dimensionamiento Redes de Alcantarillado



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MODELAMIENTO CO MPUT ARIZADO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO Taller N°2 CONTENIDO

Dimensionamiento de redes alcantarillado





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Taller N° 2 Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado Realizaremos el diseño automático de la red de alcantarillado mostrada en el Gráfico N° 2, para la condición de descarga máxima. Para el diseño consideraremos, cargas sanitarias (Tipo Residencial con una carga unitaria de 200 l/hab/d), cargas de lluvia (Carga unitaria de 660 l/d/buzón) y cargas de infiltración (220 l/d/m). Crearemos, el Escenario N°1: Diseño Automático.

Gráfico N° 2 Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga (Outfall OF-1), conductos (Conduit P-1, P-2, P-3, ...) y buzones de inspección (Manhole Bz-1, Bz-2, Bz-3,… ).




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Creación y configuración de un nuevo Proyecto

En el Menú despegable File/New ó Ctrl+N.

seleccionar

Primero ingresaremos 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. Ahora en el menú Tools elegimos Options. Primero, verifique el sistema de unidades con la cual estará configurado el Proyecto. En la ventana Options, en la etiqueta , en , seleccionar SI (System International)

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




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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 , en la sección Drawing Scale, seleccione Schematic. Introducir 2 en Symbol Size Multiplier y 1.75 en Text Height Multiplier, en la sección Annotation Multipliers, (multiplicadores de anotación) como los valores multiplicadores para las anotaciones y símbolos del dibujo.

En la etiqueta , para el caso de los conductos (Conduit) y buzones (Manhole), configure en la columna Prefix (Prefijo), como “P-“ y “Bz-” respectivamente.



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En la etiqueta , en la sección, verifique que el método de cálculo de la fricción (Friction Method) tenga seleccionado Manning’s. Observe que para la pérdida por fricción en tuberías a presión (Pressure Friction Method), está seleccionado Hazen - William. Hacer click en OK.

El diseño lo realizaremos considerando al PVC como material de la tubería y el rango de diámetros a utilizar serán de 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 375 mm y 450 mm. Para lo cual, crearemos un catalogo de conductos a partir de la Librería de Conductos. En el menú Componentsy seleccionar Conduit Catalog. Haga click en el botón y selecciones Import from Library.




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En la ventana Engineering Libraries, expande el árbol del catálogo de conductos y seleccione con un check los diámetros 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 375 mm y 450 mm. Luego haga click en Select.

Debiendo mostrarse lo siguiente:

Haga click en Close. Guardar como “Taller N°2_Diseño.swc”, en documentos\Curso_SewerCAD\Taller N°2_SewerCAD.


la

siguiente

carpeta


C:\Mis


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Recuperación de la Cartografía (Planimetría)

Para recuperar la planimetría de la zona de estudio, se puede realizar lo siguiente, estando trabajando en SewerCAD/SewerGEMS Sanitary: 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°2_SewerCAD, ubicar y abrir el archivo “Planimetría_Taller N°2_SewerCAD.dxf”.

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




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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 superior para obtener una vista de toda la extensión de la planimetría.


de la barra de herramientas



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3. Ubicación de Componentes y trazado de la Red de Alcantarillado Sanitario Luego de recuperar la planimetría, se inicia con ubicar cada uno de los componentes de la red de alcantarillado y el trazado de los conductos, para ello hacer uso de los Prototipos (Conduit, Manhole y Outfall)

Barra de Prototipos

Nota: Durante el trazado verificar que el nombre o etiqueta (Label) de cada elemento coincida con lo señalado en el gráfico. Además, preste atención de las indicaciones del Instructor.




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4. Ingreso de Datos – Entering Data A) Datos de la Estructura de Descarga (OF-01) Hacer doble click sobre el elemento Outfall “O-1” ó haga click derecho y seleccione Properties. En la ventana de la derecha ingresar en: Boundary Condition (Condición de Frontera): - Boundary Condition Type:

Free Outfall

Physical: - Elevación de Terreno: 95.40 m.s.n.m. - Elevación de Fondo: 93.00 m.s.n.m. Todo el sistema de alcantarillado sanitario proyectado descargará a esta estructura cuyos datos físicos son conocidos (Nivel de terreno y fondo).




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B) Datos de los Buzones (Manholes):

Hacer click en el en el botón FlexTables, para mostrar las tablas dinámicas. Seleccione Manhole Table (Haga doble click sobre esta tabla). Digite sólo la elevación de terreno (Ground) de cada buzón.

Nota: la elevación de fondo (Invert) será calculada por el programa durante el diseño. 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.




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Para el caso de los Conductos, seleccione la Tabla de Conducto (Conduit Table).

Nota: observa que los datos conocidos de los conductos son: material de la tubería (PVC), longitud (Length), coeficiente de rugosidad (Manning’s). Al ejecutar el diseño, el SewerCAD determinará el tamaño de la sección del conducto (Section Size), los niveles de fondo del conductos (Invert (Start) y Invert (Stop)), pendiente (Slope), y demás características físicas e hidráulicas del sistema proyectado. 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. En la columna Conduit Type, hacer click derecho y seleccionar Global Edit, seleccionar operación SET y como valor (value) Catalog Conduit y luego hacer click en OK. Luego editar las demás columnas de acuerdo a lo mostrado en la tabla.




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ASIGNACIÓN DE CARGAS SANITARIAS – CARGAS DE LLUVIA - INFILTRACIONES

A) CARGAS SANITARIAS: El área de drenaje que estamos diseñando es un área uniforme, donde sólo existe un tipo de carga sanitaria denominada “Residencial”, con una carga unitaria (Unit Load) de 200 l/hab/día. En el menú Components, seleccione Engineering Libraries. El SewerCAD, tiene una librería denominada “Unit Sanitary (Dry Weather) Load Library” (Librería de cargas sanitarias unitarias). En ella, como observamos en las siguientes ventanas, el SewerCAD tiene almacenado diferentes tipos de cargas unitarias (Diversos usos), que son propios de su realidad de otras regiones del mundo. Por lo que para el presente Taller crearemos una carga sanitaria denominada “Residencial” con una carga unitaria de (Unit Load) de 200 l/hab/día. Despliege la librería: “Unit Sanitary (Dry Weather) Load Library”




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Sobre la librería: “Unit Sanitary (Dry Weather) Loads.xml”, hacer click derecho y seleccionar Add Item.

En la siguiente ventana, observa que el programa ha generado una carga denominada “Unit Sanitary Load – 1”, la cual renómbralo como “Residencial” y en el lado derecho ingresar: Unit Load: 200 l/d Loading Unit Type: Population Based Sanitary Unit Load Units: Person

En el menú Components, seleccione Unit Sanitary (Dry Weather) Loads, para seleccionar las cargas que usaremos para el presente Taller. En la ventana “Unit Sanitary (Dry Weather) Loads”, haga click en el botón y seleccione Import From Library. En la ventana Engineering Libraries, seleccione la carga sanitaria “Residencial”. Luego haga click en Select.




Debiendo obtener siguiente ventana:

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la

Hacer click en Close.

Ahora sí, para asignar cargas sanitarias en los buzones de inspección, hacer click en Load Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias)

Sanitary

En la ventana de Sanitary Load Control Center, hacer click en el primer botón de la izquierda y seleccionar Initialize Unit Loads for All Elements.

Asignar la carga sanitaria a cada buzón de inspección (Manhole), como se muestra en la ventana siguiente: (Verificar las unidades).




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Ahora las cargas sanitarias ingresadas tenemos que mayorizarlas (Descargas máximas), para lo cual debemos multiplicarlas por un factor de mayoración (F ó K2 ó K1xK2 u otro). En el presente Taller el factor de mayoración será constante y equivalente a K2 = 1,8. En el menú Components, seleccione Extreme Flows Setups (Configuración de Flujos Extremos). En la ventana de Extreme Flows Setups, haga click en el primer botón New, la nueva configuración “Extreme Flow Setup – 1”, renómbralo como “Descarga Máxima”. Ahora ingrese el factor de mayoración constante igual a 1,8. Hacer click en Close. B) CARGAS PLUVIALES: En el SewerCAD/SewerGEMS Sanitary, las cargas pluviales se asignan en los Manholes, para el presente Taller, considerar que existe un flujo entrante en cada buzón equivalente a 600 l/d/buzón. Para asignar cargas lluvia en los buzones de inspección, hacer click en Inflow Control Center (Centro de Control de Influjos) En la ventana de Inflow Control Center, primero ordene la relación de buzones en forma ascendente, para ello haga click derecho sobre el encabezado “Label” y selecciones sort y luego ascendente. Asimismo, verifique que la columna Base Inflow, tenga como unidad l/d, sino haga click derecho en el encabezado “Base Flow” y seleccione “Unit and Formatting” y modifique las unidades a l/d. En la ventana de Inflow Control Center, hacer click en el primer botón de la izquierda y seleccionar Initialize Pattern Loads for All Elements. Ahora, asigne la carga lluvia (660 l/d/buzón) a cada buzón de inspección (Manhole), como se muestra en la ventana siguiente: C) CARGAS INFILTRACIÓN: En el SewerCAD/SewerGEMS Sanitary, las cargas infiltración se asignan en los Conductos, para el presente Taller, considerar una tasa de infiltración (220 l/d/m) en cada conducto (Conduit). Esta carga de infiltración se podría ingresar por las tablas flexibles, pero haremos uso de la alternativa “Infiltration and Inflow”.




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En la ventana de alternativas, seleccione la alternativa “Base Infiltration and Inflow” y haga doble click sobre esta.

En la ventana “Infiltration and Inflow: Base Infiltration and Inflow” (Alternativa), en la pestaña de Conductos (Conduit), primero ordene la relación de Conductos en forma ascendente, para ello haga click derecho sobre el encabezado “Label” y seleccione sort y luego ascendente. Asimismo, verifique que la columna Infiltration Rate per Loading Unit, tenga como unidad l/d, sino haga click derecho en el encabezado “Infiltration Rate per Loading Unit” y seleccione “Unit and Formatting” y modifique las unidades a l/d. En la columna Infiltration Load Type (Tipo de carga de infiltración), haga click derecho y seleccione Global Edit, luego en Valor (Value), elija Link Length. Ahora, asigne la tasa de infiltración (220 l/d/m) a cada conducto (Conduit), como se muestra en la ventana siguiente: (Haga uso de Global Edit)

Haga click en Close.




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5. Restricciones de Diseño – Configuración para el Diseño Primero asignaremos restricciones generales para el diseño. En el menú Components, seleccionar Default Design Constraints, e ingresar lo siguiente: Para Gravity Pipe, en la pestaña Velocity indicar los rangos de velocidad (mínima y máxima). En Percentage Full, señalar 50%.

Ahora, en la pestaña Cover indicar los rangos de cobertura (mínima y máxima).

En la pestaña Slope indicar los rangos de pendiente (mínima y máxima).

Para

Node,

en

Pipe




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Matching seleccionar Crowns y en Matchline Offset especificar 0.00 m.

Ahora especificaremos, restricciones locales para cada componente del sistema de alcantarillado: En la ventana de alternativas, selecciones la alternativa “Base Design” y haga doble click sobre esta.

Para Gravity Pipe, especifique:




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Para Node, especifique:

Nota: la estructura de salida OF-1, el programa no la va diseñar, por ser existente.

Ahora debemos definir la configuración básica del Proyecto, para el diseño. Para ello en el menú Analysis seleccionar Calculation Options (Opciones de cálculo). Enseguida, hacer doble click sobre Base Calculation Options. Configurar como: Tipo de análisis (Time Analysis Type), Estado Estático (Steady State). Tipo de cálculo (Calculation Type), Design (Diseño). Configuración de Flujo Extremo (Extreme Flow Setup), “Descarga Máxima”.




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5. Escenario: Diseño Automático En la ventana de escenarios, sobre el escenario “Base”, hacer click derecho y seleccione New y luego Base Scenario.

El nuevo escenario “Scenario - 1”, renómbrelo como “Diseño Automático”. Con el botón , ejecutaremos el Escenario “Diseño Automático”.

En el mensaje de la derecha, hacer click en Sí, para que el programa guarde los resultados en una nueva alternativa física.

La nueva alternativa física, nómbralo como “Diseño 1” y haga click en OK.

Debiendo obtener la ventana:



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6. Visualización y verificación del Diseño B) Tablas Flexibles – FlexTables – Tabular Reports (Tablas dinámicas).

Hacer click en el en el botón FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinámicas. Seleccionar Conduit Table (Haga doble click sobre esta tabla).

Verifique que sus resultados de los conductos, coincidan con lo que se muestra a continuación:

En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente: Flow Velocity (Average) Depth (Average End)/Rise Tractive Stress

= = = =

Caudal que circula por cada conducto Velocidad (Promedio) y/D % Tensión Tractiva





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Creación del Perfil Hidráulico, de los conductos P-1, P-2, P-3, P-4. P-5 y P-6.


En la siguiente ventana con el puntero seleccionar los conductos P-1, P-2, P-3, P-4. P-5 y P-6, enseguida haga click derecho sobre la ventana de dibujo y selecciones Done.

+




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Debiendo observar la siguiente ventana:

Haga click en el botón Open Profile.



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Ingrese a la ventana de Element Symbology

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. Atienda las indicaciones del Instructor.

Colorear los conductos en función a Section Size: Value <=

Color

Size

150 mm

Rojo

2

200 mm

Azul

2

250 mm

Verde

2

300 mm

Magenta

3

375 mm

Amarillo

3

450 mm

Negro

3



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Análisis Hidráulico de una Red de Alcantarillado Sanitario incluyendo sistemas a presión (cámaras de bombeo de desagüe y tuberías a presión)





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Taller N°3 Análisis Hidráulico de una Red de Alcantarillado Sanitario incluyendo sistemas a presión (cámaras de bombeo de desagüe y tuberías a presión) Realizaremos el cálculo hidráulico, 02 escenarios, de la red de alcantarillado mostrado en el Gráfico N° 3, en Estado Estático, aplicando el Programa de Cómputo SewerCAD/SewerGEMS Sanitary. Para lo cual, aplicaremos las herramientas de escenarios y alternativas, realizaremos las siguientes 02 simulaciones hidráulicas de la red mostrada: Simulación N°1:

Se analizará considerando el funcionamiento de 01 bomba, el Escenario se denominará “Modelo Base”.

Simulación N°2:

Analizaremos considerando el funcionamiento de 02 Bombas, el Escenario lo denominaremos “Modelo con 02 Bombas ON”.

Gráfico N° 3 Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga (Outfall OF-1), conductos (Conduit CO-1, CO-2, CO-3, CO-4 ...), buzones de inspección (Manhole MH-1, MH-2, MH-3,… ), cámara húmeda (Wet Well PH-1), uniones a presión (Pressure Junction J-1 y J-2) y tuberías a presión (Pressure Pipe CF-1, CF-2, CF-3, …).




1. En el Menú despegable File/Open ó Ctrl+O.

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Preparación y revisión del Modelo seleccionar

En la siguiente ruta del directorio C:\Mis_documentos\Curso_SewerCAD\Taller_N°3_Inicio, abrir el proyecto Taller_N°3_ Inicio_SewerCAD.SWC. Ahora, recuperaremos la planimetría de la zona de estudio, se puede realizar lo siguiente, estando trabajando en SewerCAD / SewerGEMS Sanitary. En el menú despegable View, seleccionamos la opción Background Layers. En la ventana Background Layers. En el primer botón de la izquierda elegir New File.

,

En el directorio C:\Mis documentos\Curso_SewerCAD\Taller N°3_Inicio, ubicar y abrir el archivo “Planimetría Taller N°3.dxf”. La ventana DXF Properties de la derecha, configurar como se indica y luego hacer click en OK.




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Si no aparece la planimetría y el modelo inicial, presionar el botón zoom extents de la barra de herramientas superior para obtener una vista de toda la extensión de la planimetría y el modelo inicial. Debiendo observarse en la ventana de dibujo:

Visualizaremos el perfil de algunos tramos, haga click en el en el botón Profiles, o en el menú principal vaya a View/Profiles. En la ventana Profiles haga doble clic sobre el perfil de la línea principal MH-7 al MH-1, para ver dicho perfil:




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Asimismo, observe la carga sanitaria asignada a cada Manhole: Hacer click en

Sanitary Load Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias)

Ahora configure la codificación de los nuevos elementos del modelo que trazaremos: En el menú Tools elegimos Options. Ingrese a la pestaña , y configúrelo como se muestra:

No olvide de grabar el proyecto.




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3. Ubicación de Componentes y trazado del sistema a presión Para ello hacer uso de los Prototipos (Conduit, Manhole, Wet Well, Pressure Pipe, Pressure Junction y Outfall; elemento Bend).

Barra de Prototipos

Nota: Durante el trazado verificar que el nombre o etiqueta (Label) de cada elemento coincida con lo señalado en el gráfico. Además, preste atención de las indicaciones del Instructor. Inicie el trazado del Manhole MH-1.




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4. Ingreso de Datos – Entering Data – Elementos recientemente creados Hacer doble click sobre el elemento Outfall “OF-1”(ó haga click derecho sobre este elemento y seleccione Properties). En la ventana de la derecha ingresar en: Boundary Condition (Condición de Frontera): - Boundary Condition Type:

Free Outfall

Physical: - Elevación de Terreno: 176.78 m.s.n.m. - Elevación de Fondo: 175.90 m.s.n.m.

Ahora seleccione el buzón “MH-18”. En la ventana de la derecha ingresar en: Physical: - Elevación de Terreno: 179.87 m.s.n.m. - Elevación de Fondo: 178.32 m.s.n.m.




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Enseguida, seleccione la cámara húmeda “PH-1”.

En la ventana de la derecha ingresar en: Operating Range: -

Base: 168.20 m Mínimo: 168.45 m Inicial: 168.55 m Máxima : 171.00 m

Physical: - Diámetro: 3.20 m - Elevación: 172.05 m.s.n.m.

Para las bombas “PMP-1” y “PMP-2”., en sus ventanas de propiedades de cada una en la categoría Physical, ingrese: Elevación (Invert): 167.64 m.s.n.m. y Elevación (Ground): 172.00 m.s.n.m.




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Para el caso de los Conductos seleccionar la Tabla de Conducto (Conduit Table).

Hacer click en el en el botón FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las tablas dinámicas. Seleccionar Conduit Table (Haga doble click sobre esta tabla).

Configure su tabla como se muestra y luego ingrese los datos de los Conductos CG-18 y CG19, como se muestra.

Ahora ingrese a la tabla de uniones a presión “Pressure Junction Table” e ingrese la elevación y elevación de terreno de las uniones J-1 y J-2, como se muestra:

Ingrese a la tabla de tuberías a presión “Pressure Pipe Table” e ingrese sus datos, debiendo mostrar:




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Definición de las Bombas PMP-1 y PMP-2 Ambas bombas serán del mismo tipo, con la siguiente curva característica:

Descarga (l/s) 0 66.90 102

Carga (m) 15.25 9.20 0

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 Tipo”. 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. Ahora asignaremos la “Bomba Tipo” a las bombas PMP-1 y PMP-2. Para ello ingrese a la tabla de Bombas “Pump Table” y configúralo como se muestra a continuación:

Observa que para la primera simulación hidráulica la PMP-2 estará apagada.




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5. Simulación 1: Escenario con el funcionamiento de 01 sola Bomba – “Modelo Base” Antes de ejecutar el programa debemos actualizar las opciones de cálculo para bombeo de caudales. En el menú Analysis seleccione Calculations Options. En la ventana de Calculations Options, haga doble click en Base Calculations Options y en la categoría Pressure Hydraulics configure el campo Use Pumped Flows como True. El resto de opciones no requieren de cambios.

En el menú Analysis seleccione Scenarios. En la ventana de Escenarios (Scenarios), primero renombre el Escenario “Base” con el nombre “Modelo Base”.

Para validar los datos, en el menú Analysis seleccione Validate o haga click en el botón debiendo obtener el siguiente mensaje:



,


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Regresando a la ventana de Escenarios (Scenarios), Hacer click en el ícono

.

. Debiendo obtener la ventana:



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6. Visualización y verificación de resultados de Simulación 1

Hacer click en la pestaña del botón seleccione Pressure Pipe.

y

Debiendo observar, los siguientes resultados (si es necesario edita la tabla):

Donde:

Flow Velocity Headloss Gradient Headloss

= = = =

Caudal que circula por dicha tubería Velocidad del flujo Gradiente de pérdida de carga Pérdida de carga total

Si quiere cambiar las unidades de uno de las columnas, hacer click derecho en el encabezado de la columna y seleccionar Units and formattinng, luego elegir la unidad (Unit) y el número de decimales (format). Para el caso de las uniones a presión seleccione la tabla “Junction Table”, siendo los resultados:

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

= =

Cota piezométrica en la unión Presión en la unión




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Verificar los resultados de la bomba, para ello seleccione la bomba activa (encendida) PMP-1 y hacer click derecho y seleccione la opción Pump Curve en el menú emergente, con lo que se podrá observar el punto de operación:

Cierre la ventana anterior y haga nuevamente click derecho sobre la bomba PMP-1 y seleccione System Head Curve, en la ventana de diálogo defina el campo Maximun Flow como 100 l/s y luego haga click en el botón Compute


de esta misma para ver la curva del sistema.



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Creación del Perfil Hidráulico del Sistema de Bombeo: Ahora crearemos el Perfil Hidráulico de las tuberías desde la CF-1 a CF-5.


En la siguiente ventana con el puntero seleccionar las tuberías CG-18, CF-1, CF-2, CF-3, CF-4 y CG-19, enseguida haga click derecho sobre la ventana de dibujo y selecciones Done.

+

Cierre el perfil y nómbrelo como “Bombeo”




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7. Simulación 2: Escenario con el funcionamiento de 02 Bombas – “Modelo con 02 Bombas” En la simulación 2, consideraremos que las bombas PMP-1 y PMP-2 están encendidas (ON), esta información corresponde a datos de Initial Setting (Configuración Inicial). Para ello, en el Menú Analysis seleccione Alternatives o haga click en el botón En la ventana de alternativas, renombre la alternativa “Base Initial Settings” como “Una Bomba ON”.

Ahora, sobre la alternativa de configuración inicial “Una Bomba ON” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Alternative.

La nueva alternativa de configuración inicial “Initial Settings Alternative - 1”, renómbrelo como “Dos Bombas ON”. .

Hacer doble click sobre la nueva alternativa “Dos Bombas ON” y en la ventana “Initial Setting: Dos Bombas ON” en la columna “Status (Initial)” seleccionar para ambas bombas ON.




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Ahora, debe crear un nuevo escenario (hijo), para analizar la red con la nueva alternativa creada, este nuevo escenario lo nombrará como “Modelo con 02 Bombas ON”. En el Menú Analysis seleccione Scenarios o haga click en el botón En la ventana de escenarios, sobre el escenario “Modelo Base” hacer click derecho y seleccione New y luego Child Scenario.

El nuevo escenario “Scenario - 1”, renómbrelo como “Modelo con Dos Bombas ON”. En el nuevo escenario, cambiaremos su alternativa de infiltración e influjo. En la ventana de escenarios, hacer doble click sobre el escenario “Modelo con Dos Bombas ON”, para activar su ventana de propiedades. Modificar la alternativa de configuración inicial (Initial Settings), seleccionando la alternativa “Dos Bombas ON”. Tener en cuenta que las otras alternativas serán las mismas que para la primera simulación.

Asegúrese que el escenario “Modelo con Dos Bombas ON” se encuentre activo, haciendo click en

(Make Current), debiendo observarse:

Ahora, haga click en el botón


.



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Debiendo obtener la siguiente ventana:



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8. Visualización y verificación de resultados de Simulación 2 En la tabla de las tuberías a presión, verificar:

En la tabla de las uniones a presión, verificar:

Verificar los resultados de la bomba, para ello seleccione la bomba PMP-1 y hacer click derecho y seleccione la opción Pump Curve en el menú emergente, con lo que se podrá observar el punto de operación:




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9. Resultados Responder: Para los Conductos: Simulación 1 Pregunta

Tubería

Valor (l/s)


Valor (l/s)

¿Cuál es el caudal que circula en el conducto CG-18? ¿Cuál es el caudal que circula en el conducto CG-19? Para las tuberías a presión: Simulación 1 Pregunta

Tubería

Valor


Valor

¿Cuál es la velocidad (m/s) en la tubería CF-1? ¿Cuál es el caudal (l/s) en la tubería CF-4? Para las Bombas: Simulación 1 Pregunta

Carga (m)

Caudal (l/s)

Simulación 2 Carga (m)

Caudal (l/s)

¿Cuál es el punto de operación para la bomba PMP-1? ¿Cuál es el punto de operación para la bomba PMP-2? ¿Estos puntos de operación como son en comparación al punto de diseño?



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Tema N° 4: Simulación en Periodos Extendidos



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Análisis hidráulico de una red de alcantarillado en periodos extendidos (flujo no permanente). Asignación de patrones de descarga Controles operacionales





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Taller N° 4 Simulación en Periodos Extendidos Realizaremos la simulación en periodos extendidos de la red de alcantarillado mostrada en el Gráfico N° 4, para un periodo de 24 horas. Crearemos, el Escenario N°1: Diseño Automático.

Gráfico N° 4 Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga (outfall OF-1), conductos (conduit CO-1, CO-2, CO-3,...), buzones de inspección (manhole Bz-1, Bz2, Bz-3,…), cámara húmeda (wet well W-1), bomba (pump PMP-1) y tuberías a presión (pressure pipe P-1 y P-2).




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1. Creación e Ingreso de los Patrones de Variación Temporal de Descargas En el Menú despegable seleccionar File/Open ó Ctrl+O, buscar y abrir el archivo existente “Taller N° 4_Inicio_SewerCAD.swc”. Debiéndose visualizar la red mostrada en el Gráfico 1. Este archivo contiene el modelo ya elaborado, donde ya se ingresó los datos físicos y cargas sanitarias. Para realizar la Simulación en Periodos Extendidos (SPE), debemos ingresar al programa de cómputo la curva de variación de descargas, a través de los Patrones Hidráulicos (Pattern Hidraulic), los cuales luego se asignarán a cada buzón de inspección (Manhole). Para el presente Taller crearemos un patrón de descarga el cual lo denominaremos: “Residencial”. En el menú despegable seleccionar Components / Patterns.

Debiendo aparecer la ventana de la derecha Patterns. Para el caso de patrones de descargas deberá seleccionar la categoría de patrones hidráulicos “Hydraulic”.




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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 0.40, 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).




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Asignación de Cargas Sanitarias y Patrón Hidráulico Para asignar cargas sanitarias y el patrón hidráulico (Residencial) en los buzones, haga click en Sanitary Load Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias) En la ventana de Sanitary Load Control Center, hacer click en el primer botón de la izquierda y seleccionar Initialize Pattern Loads for All Elements.

Asignar la carga sanitaria y el patrón hidráulico (Residencial) a cada buzón de inspección (Manhole), 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.




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2. Configuración de la eficiencia de la bomba del sistema Ahora, vamos a definir la eficiencia de la bomba, para ello 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_Tipo”. 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.

Ahora en la ventana de propiedades de la bomba PMP-1, seleccionar en Definición de Bomba (Pump Definition) “Bomba_Tipo”.

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




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3. Configuración de Controles Operacionales En el Escenario N° 1, el funcionamiento de las bombas (Encendido y apagado), se establecerán de acuerdo al nivel del desagüe en la cámara húmeda PH-1, así: Si nivel de desagüe en cámara húmeda PH-1 es mayor a 17.40 m

Si nivel de desagüe en cámara húmeda PH-1 es menor a 13.72 m

Condición (Condition)

entonces

entonces

bomba PMP-1 debe encenderse.

bomba PMP-1 debe apagarse.

Acción (Action)

En el menú despegable seleccionar Components y luego Controls.

Debiendo mostrase siguiente ventana:

la




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

Configurar la primera condición (Conditions) como se muestra a continación: Condition Type: Element Element: W-1 (Para ubicar la cámara húmeda W-1 hacer uso del botón ) Tank Attribute: Hydraulic Grade (Cota piezométrica ó cota de nivel de desague en la cámara húmeda) Operator: > Hydraulic Grade: 17.40 m.




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Realice el mismo procedimiento realizado para la primera condición, para crear la segunda condición restante, debiendo verse la pestaña Conditions como sigue:

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


y seleccione la opción



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Configurar la primera acción (Actions) como se muestra a continación: Element: PMP-1 (Para ubicar la bomba PMP-1 hacer uso del botón Pump Attribute: Pump Status (Estado de la bomba) Operator: = Pump Status: On.

)

Realice el mismo procedimiento efectuado para la primera condición, para crear la segunda acción restante, debiendo verse la pestaña Actions como sigue:

A continuación, seleccione la pestaña Controls, para configurar los controles combinando las condiciones y acciones creadas anteriormente, haga click en el botón New


. En la parte inferior se



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despliega las opciones de configuración donde el opeador solicita una condición, mientras los operadores y piden se seleccione las acciones correspondientes. A continuación se observa la creación del primer control, crear los controles restantes, debiendo mostrarse lo siguiente:

Los 02 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


.



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En la ventana Logical Control Set, añadir (con el botón Add) los dos 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 para la Bomba”. Luego cerrar la ventana.




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4. Configuración de Aliviaderos En el Escenario N° 1, consideraremos que en el buzón Bz-5 existe una estructura de alivio la cual permite desviar parte del flujo hacia un cauce natural de aguas, cuando el flujo entrante a este buzón supere 1250 l/s. Para ello a partir del buzón Bz-5, trazaremos un conducto virtual (CO-13) que nos permitirá crear el desvío hacia el curso natural que será representado por un prototipo Outfall (OF-2), debiendo visualizarse lo siguiente: Ahora, haga click derecho sobre el conducto CO13 y selecciones Properties: En la categoría Diversion (Desvíos), en el campo “Is Diversion Link?” seleccione True, luego en el campo “Diversión Rating Curve” haga click en el botón , para acceder a la ventana “Diversión Rating Curve”, en la que ingresará la siguiente información:

Haga click en OK. Ahora en la categoría Physical de la ventana de propiedades del conducto CO-13 en el campo Conduit Shape seleccione Virtual.




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4. Creación del Escenario N° 1: SPE sin Evento Pluvial En la ventana de alternativas, seleccionar la alternativa Operational (Operacional), la alternativa “Base Operational” nombrarlo como “Control para la Bomba”.

Ahora debe hacer doble click sobre la alternativa creada “Control para la Bomba”. En la siguiente ventana seleccionar en Control Set “Controles para la Bomba”, debiendo mostrar lo siguiente: En el Menú Analysis seleccione Calculation Options o haga click en el botón

.

En la ventana Calculation Options, hacer doble click sobre la opción de cálculo Base Calculation Options 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) y el paso de tiempo hidrológico (Hydrologic Time Step) de 0.1 hora.



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En la ventana de escenarios, el escenario “Base” renombrarlo como “Escenario N° 1: SPE Sin Evento Pluvial”. 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.




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

Para poder visualizar la evolución en el tiempo de los resultados, haga click en el botón Results Browser – Navegador de resultados de SPE (Simulaciones en Periodos Extendidos).

EPS

Por ejemplo, abrir la tabla de conductos y en la ventana EPS Results Browser, configurar la presentación para la hora 18 en la parte que señala el tiempo (Time), debiendo mostrar lo siguiente:




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Observaremos gráficos de variación del nivel del desagüe en la cámara húmeda W-1 y la variación del caudal de la bomba PMP-1, para ello haremos uso de gráficos temporales: Sobre el elemento Cámara Húmeda W1, hacer click derecho y seleccionar Graph. En la ventana de la derecha en Fields (Campos) elegir sólo Hydraulic Grade Line (Cota piezométrica). Luego hacer click en OK.

Mostrándose, la gráfica de variación del nivel de desagüe (cota piezométrica) en la Cámara Húmeda W-1.

Tener presente que en la parte superior existe la etiqueta Data, en la cual podrá observar los valores del nivel de desagüe en la cámara húmeda para las diferentes horas.




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Ahora, 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 las veces en que la bomba PMP-1 se ha encendido y apagado.

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




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Ahora vamos a graficar los hidrogramas de los conductos CO-2 y CO-3, para lo cual mantenga presionada la tecla Ctrl y seleccione con el puntero del Mouse los conductos CO-2 y CO-3 y haga click derecho y seleccione Hydrograph, debiendo visualizarse lo siguiente:

Ahora vamos a graficar las curvas de variación de la tensión tractiva en los conductos CO-2 y CO-3, 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 los conductos CO-2 y CO-3, luego hacer click derecho y elegir Done.




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En la ventana de la derecha, hacer un check en Tractive Stress (Tensión Tractiva). Debe quitar el check en el resto de los campos.

Luego hacer click en OK.



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Referencias Bibliográficas Básicas 1.

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HAESTAD METHODS AND BENTLEY INSTITUTE PRESS. Computer Applications in Hydraulic Engineering, Haestad Press. USA. 2007.

3.

Fair, G., Geyer J., Okun D. Abastecimiento de Agua y Remoción de Aguas Residuales. Limusa Noriega Editores. 1999.

4.

Juan Saldarriaga V. Hidráulica de Tuberías. Mc Graw Hill. Colombia. 1998.

5.

Arocha, Simón. Cloacas y drenajes / Simón Arocha. Caracas: Ediciones Vega. 1983.



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