EJERCICIO 1 PASOS BÁSICOS CON EPANET 2.0
CRISTIAN FERNADO ESPITIA CÁRDENAS LUZ ADRIANA OCHOA RISCANEVO JOSE EDIXON RINCÓN PARADA Presentado a: Ing. MSc. MANUEL ALEJANDRO GRIMALDOS
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS TUNJA 2014
CONTENIDO
1. INFORMACIÓN DEL PROBLEMA ................................................. ................................................................ ............... 3 1.1. ESQUEMA EN PLANTA Y CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA .............. 3 2. PLANO DEL SISTEMA EN EL PROGRAMA EPANET V.2.0 ........................ ........................ 5 3. PROPIEDADES DE LOS OBJETOS.......................................... OBJETOS........................................................... ................. 11 4. ANÁLISIS EN PERIODO EXTENDIDO .................................................. ....................................................... ..... 20 5. ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA ................................................ ..................................................... ..... 24 5.1. TIEMPO DE PERMANENCIA DEL AGUA EN LA RED ............................. ............................. 24 5.2. TRANSPORTE Y DECAIMIENTO DEL CLORO ....................................... ....................................... 27
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1. INFORMACIÓN DEL PROBLEMA 1.1 ESQUEMA EN PLANTA Y CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA.
La gráfica anterior presenta el esquema en planta de la red a modelar mediante el software Epanet v.2.0. Se muestra una fuente de suministro en el nodo 1, una bomba entre los nodos 1 y 2, un tanque de compensación en el nodo 8, tuberías de conducción entre los nodos 2 a 8 y finalmente, demandas o consumos en los nodos 3 a 6. A continuación se presentan las propiedades de los nodos así como las propiedades de las tuberías que serán usadas para cargar el modelo.
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2. PLANO DEL SISTEMA EN EL PROGRAMA EPANET V.2.0
Se procedió a reconocer la interfaz del programa, identificando la ventana Plano de red en donde se procederá a cargar de manera gráfica el modelo. Así mismo, la ventana visor, que permitirá visualizar en la pestaña Datos el número de elementos por descripción existentes en el modelo (por ejemplo el número de conexiones o nodos, tuberías, bombas, curvas). En la pestaña Plano puede seleccionarse el parámetro a visualizar en el modelo para los nodos y líneas en un tiempo de análisis determinado.
Luego del reconocimiento del programa, se procedió a crear el proyecto en la pestaña Archivo y posteriormente Nuevo. Posteriormente, se ajustan los valores y unidades a utilizar en el proyecto, en la pestaña Proyecto y Valores por defecto . Se escogió trabajar en unidades de caudal como LPS, para la ecuación de pérdidas se optó por Darcy-Weisbach.
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A manera de configuración y con el ánimo de ver la identificación de los nodos, tuberías, bombas y tanques, este se realizó en el menú Ver, Opciones, Etiquetas y se activaron las celdas de Mostrar para cada una de las opciones desplegadas allí.
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Se comprobó la escala de dibujo en el plano era la adecuada, para las unidades se consideró la opción predefinida como ninguno
Antes de iniciar específicamente con el trazado del proyecto, se verificó que las barras de herramientas Estándar y Esquema se encontraran activadas. Para esto se localizó la pestaña Ver y luego Barras de herramientas.
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De esta forma se procedió a graficar el proyecto en la ventana Plano de red, inicialmente se localizaron los nodos, para el nodo uno se utilizó la herramienta Añadir Embalse, para los nodos 2 a 7 se empleó la herramienta Añadir Conexiones, finalmente para el nodo 8 se hizo uso de Añadir Tanque.
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Una vez añadidos los nodos, el embalse (fuente de suministro) y el tanque (de compensación), se procedió con la adición de los demás elementos del sistema; en primera instancia las tuberías y de manera inmediatamente posterior la bomba. (Estas herramientas se localizan en la parte superior de la interfaz del programa). A continuación se presenta la distribución en planta del proyecto luego de ser introducidos los componentes.
En la tubería 8 fue necesario editar la forma de la línea, para esto se dio clic derecho sobre la línea y en la ventana de diálogo desplegada dando clic en Vértices. Luego en la opción Añadir vértices, seguidamente y con el puntero se desplazaron los vértices hasta dar la forma requerida.
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3. PROPIEDADES DE LOS OBJETOS Para modificar las propiedades de los elementos, existen diferentes formas de hacerlo, la manera más intuitiva de hacerlo es dando doble clic sobre el elemento en consideración, otra manera ha de ser seleccionar el elemento y dar clic derecho y seleccionar Propiedades o simplemente localizar la lista Conexiones, Embalses, Tuberías, Bombas … en la ventana de visor y desde allí modificar las diferentes propiedades. Inicialmente se modificaron las propiedades de los nodos o conexiones de acuerdo con las propiedades presentadas en el capítulo 1. Por ejemplo para el nodo 5.
Para el caso de las tuberías se aplica un procedimiento similar para ingresar las propiedades, por ejemplo para la tubería 3.
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Para el Embalse (o tanque del Nodo 1), se ingresó la cota de 210 m en el campo denominado Altura Total . A su vez para el Tanque (Nodo 8) se dio el valor de 250 m en el campo Cota, para niveles inicial, mínimo y máximo se asignaron los valores de 1 m, 0 m y 6 m respectivamente, el valor de diámetro asignado fue de 20 m.
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Paso a seguir fue el de la definición de la curva característica de la bomba, para ello se desplegó en el visor la opción Curvas, clic en Añadir, de donde se desplegó la ventana que se presenta a continuación. Se diligencia con los requerimientos de caudal y altura que para el caso son de un caudal de 42 LPS y una altura de 45 m, el programa automáticamente genera la ecuación de la curva de la bomba.
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Para asignar la curva a la bomba, se da doble clic sobre el nodo 9 (u otro de los métodos presentados anteriormente), y en el campo denominado Curva Característica se digita el ID de la curva que para este caso fue dejado por defecto como “1”.
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Como se han insertado todos los datos el modelo ya se puede ejecutar, pero previamente se redujo la demanda en los nodos a la mitad (esta condición depende del proyecto o modelo específico). Para este paso, se va a Proyecto, Valores por defecto, Opciones hidráulicas y se localiza el campo Factor de demanda al cual se le asigna el valor determinado para el proyecto donde para este caso es de 0.5, lo que quiere decir que de los caudales inicialmente asignados será tenido en cuenta solo el 50% de su magnitud.
Como ya se tienen todas las propiedades del modelo debidamente cargadas, se procede a ejecutarlo pulsando el botón Iniciar Análisis (representado por la forma de un rayo). Si se realiza de manera correcta aparecerá un aviso como el siguiente:
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Para conocer los resultados (en forma de reportes o informes) se despliega la pestaña Informe, Tablas. Se abre una ventana que permite seleccionar entre Nudos de la red y Líneas de la red. Por ejemplo para el ejercicio se van a analizar los resultados para nodos, se selecciona esta opción.
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En la siguiente pestaña de la ventana de dialogo se presenta la información a la que se puede acceder, se seleccionan las características que se desean conocer.
Inmediatamente se despliega una tabla mostrando los resultados de las características que se seleccionaron en el paso anterior.
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Repitiendo el procedimiento anterior, se pueden conocer los resultados pero ahora para las líneas de tubería.
Otra manera de visualizar los resultados es directamente sobre el plano de la red, para esto, en la ventana del Visor se selecciona la pestaña de Plano y en el campo Nodos y Líneas se escoge el parámetro a visualizar respectivamente, por ejemplo para este caso se escogió Presión para el primero y Caudal para el segundo. En la ventana Plano de la Red aparecerá un esquema de resultados como el siguiente: (Las escalas y colores de los recuadros pueden modificarse dando clic derecho sobre los mismos, en ese caso se desplegará una lista de opciones netamente de formato).
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4. ANÁLISIS EN PERIODO EXTENDIDO Si se conoce un comportamiento de demanda representado por una Curva de demanda, la variación de los consumos de caudal puede modelarse en función de la misma. Por ejemplo se realiza una modelación de 72 horas en intervalos de 6 horas, para ello se genera una Curva de modulación de demanda . Para esto se selecciona en la ventana Visor la opción Patrones, donde se despliega una ventana (para este ejercicio se adoptan los Coeficientes de demanda mostrados en la misma) Pero antes de cargar los valores se ajusta en Visor, Opciones, Tiempo . En el primer campo se asigna un tiempo de 72 horas al análisis, en intervalo de patrones se asigna 6 horas (que es el intervalo del coeficiente de demanda) y se le dice al programa que empiece la modelación a una hora determinada (se dejó la que viene por defecto).
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En esta etapa ya se puede ejecutar el programa para obtener el análisis en periodo extendido. Una vez ejecutado el modelo, (teniendo en cuenta que para este caso y debido a la curva de modulación de la demanda, el factor de demanda debe reasignarse nuevamente a un valor de 1). Para un tiempo igual a 6 horas, el resultado en la red es el siguiente:
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Como resultado se pueden conocer curvas de evolución de un parámetro en un nodo o tubería determinada, para este caso se desea conocer la variación en la altura del agua en el Tanque y para esto se selecciona el elemento (nodo 8), se da clic en Informes, Gráficos, Curvas de evolución, en la pestaña desplegable se selecciona la característica a conocer (en este caso Altura), aceptar. Se despliega un gráfico como el mostrado a continuación.
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Los picos indican la altura máxima alcanzada en el tanque con las propiedades de la red definidas, estos picos se presentan dado que el coeficiente de demanda de las 6 horas anteriores al mismo es solo de 0.5, por lo cual el caudal que no se consume se dirige hacia el tanque haciendo que el nivel de la lámina de agua se eleve. En contraposición, los descensos en la altura se deben a los coeficientes de demanda mayores, como se observa, la primera pendiente de decrecimiento es mayor que la segunda esto sucede porque el factor de demanda en el intervalo de 6 a 12 horas es mayor que el presentado entre las 18 y 24 horas. En el intervalo de 12 a 18 horas el factor de demanda es igual a 1 y se presenta un incremento en la altura, de lo que se infiere que si el factor de demanda fuera constante y tuviera un valor de la unidad, llegaría un tiempo tal en el cual el tanque rebosaría.
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5. ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA 5.1. TIEMPO DE PERMANENCIA DEL AGUA EN LA RED: Para este caso se selecciona de la ventana Visor , Opciones, Calidad y de la ventana desplegada seleccionar Tiempo de permanencia .
Luego se ejecuta nuevamente el modelo y en la ventana Visor, Plano tanto para nodos como para tuberías se selecciona la opción Tiempo de permanencia.
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Como se observa entre más distante es el punto del Embalse (Nodo 1) más tiempo de retención o de permanencia tendrá el agua presentando el valor máximo en el punto más distante, es decir en el Tanque o nodo 8. Si se obtiene una curva de retención para el Tanque, siguiendo los pasos definidos anteriormente para definir la curva de variación de la altura, se obtendrá una gráfica como la siguiente:
La curva anterior está definida para un intervalo de tiempo igual a 72 horas, pero si se alarga el tiempo de análisis a 240 horas tendrá la siguiente forma:
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Se puede notar que a partir del día 6 aproximadamente, el comportamiento del tiempo de permanencia en la red empieza a tener una tendencia repetitiva de aumento y decremento de los tiempos en un rango de entre 38 y 55 horas con picos cada día (o cada 24 horas) de lo cual se infiere se debe a la curva de modulación de la demanda, por consiguiente si se tratase de una demanda constante, los tiempos de retención se verían representados por una tendencia con mucha menor dispersión a la presentada en el caso actual.
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5.2. TRANSPORTE Y DECAIMIENTO DEL CLORO Se realiza el mismo procedimiento que para el tiempo de permanencia con la excepción que se debe colocar la palabra “Cloro” en el campo donde anteriormente se asignó Tiempo de permanencia .
Se debe luego pasar a la categoría Reacciones de la ventana del Visor y asignar un valor de 1 al Coeficiente global reacc. flujo .
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Luego se cambia la Calidad Inicial en las propiedades del Embalse para este caso se asignará una concentración de 1mg/L de cloro por lo tanto el valor a asignar ha de ser el de la unidad.
Finalmente se corre el modelo y se obtiene un esquema como el presentado a continuación:
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Como se puede observar, las concentraciones de cloro para un periodo de 15 horas son menores en el Tanque (nodo 8) con un porcentaje del 49% de la concentración inicial, mientras que para el resto de la red, las concentraciones del cloro presentan incrementos de incluso el 18%. Desde la opción de Informes, Reacción se puede obtener un gráfico denominado Incremento de la velocidad de la reacción
Este gráfico muestra el porcentaje de cloro que se pierde a través de 3 formas o mecanismos, el primero es el medio o el agua en las tuberías que representa el 42.38%, en las paredes de las tuberías que representa el 0% (porque no se ha cargado con propiedades de reacción a las tuberías) y finalmente pérdidas en el Tanque que representan el 57.62% de las pérdidas totales de cloro.
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