Tutorial WaterCAD USM

PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA Tutorial de WaterCAD para Hidráulica Teórica Departamento de Obras Civiles Profesora Vivian Aranda Núñez Ayudante Diego Flores Niklitschek USM Campus Santiago I Semestre 2015

Tutorial de WaterCAD – Departamento de Obras Civiles – USM Campus Santiago – RevA // Diego Flores Niklitschek.

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

DEPARTAMENTO OBRAS CIVILES

Contenido 1.- PASOS IMPORTANTES AL COMENZAR UN MODELO .................................................................... 3 I.- Indicar el Modo de Dibujo con que se Trabajará ........................................................................ 3 II.- Definir sistema de unidades....................................................................................................... 3 III.- Configuraciones Hidráulicas para el Modelo ............................................................................ 4 IV.- Definir un prototipo de tubería ................................................................................................ 5 2.- EJEMPLO BÁSICO ........................................................................................................................... 6 I.- Datos de la Red ........................................................................................................................... 6 II.- Ingreso de Geometría de la Red ................................................................................................ 9 III.- Ingreso de Elevación de Nodos ............................................................................................... 10 IV.- Ingreso de Propiedades de Tuberías ...................................................................................... 11 V.- Ingreso de Caudales de Demanda en los Nodos...................................................................... 13 VI.- Ingreso de Propiedades de la Válvula ..................................................................................... 14 VII.- Ingreso de Propiedades de la Bomba .................................................................................... 15 VIII.- Ingreso de Propiedades del Estanque .................................................................................. 16 IX.- Arranque del Modelo y Análisis de Resultados ...................................................................... 17 3.- EJEMPLO RED DE PUERTO OCTAY ............................................................................................... 19 I.- Ingreso de Geometría de la red ................................................................................................ 19 i.- Mediante Imagen de Fondo .................................................................................................. 19 ii.- Mediante Red desde AutoCAD ............................................................................................. 22 II.- Ingreso de Cotas de los Nodos Mediante Curvas de Nivel ...................................................... 25 III.- Agrupación de Nodos en Sectores .......................................................................................... 27 4.- ALGUNOS ELEMENTOS FÍSICOS DEL PROGRAMA ...................................................................... 32 Nodos ............................................................................................................................................ 32 Tuberías ......................................................................................................................................... 32 Embalses o Reservorios ................................................................................................................. 32 Estanque o Depósito ..................................................................................................................... 32 Válvulas ......................................................................................................................................... 32 o

Válvulas Reductoras de Presión (PRV): ............................................................................. 32

o

Válvulas Sostenedoras de Presión (PSV): .......................................................................... 32

o

Válvulas de Rotura de Carga (PBV):................................................................................... 32

o

Válvulas Limitadoras de Caudal (FCV): .............................................................................. 32


1



o

Válvulas de Regulación (TCV): ........................................................................................... 32

o

Válvulas de Propósito General (GPV): ............................................................................... 33


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1.- PASOS IMPORTANTES AL COMENZAR UN MODELO I.- Indicar el Modo de Dibujo con que se Trabajará WaterCAD puede trabajar en dos opciones de dibujo, escalada (Scaled) y esquemática (Schematic). Trabajar de forma escalada significa que al trazar tuberías el programa automáticamente calculará las longitudes de éstas, por otro lado, trabajar de modo esquemático implica que el usuario deberá ingresar manualmente las longitudes de las tuberías. Para indicar el modo de trabajo que se utilizará en el modelo, se debe ir a: 1) Menú Tools/Options… 2) Seleccionar la pestaña Drawing. 3) En Drawing mode se podrá elegir el modo de dibujo.

II.- Definir sistema de unidades Para definir el sistema de unidades a utilizar se debe ir a: 1) Menú Tools/Options… 2) Seleccionar la pestaña Units 3) En Reset Defaults se puede elegir el sistema de unidades a utilizar. Automáticamente se actualizarán las unidades al sistema elegido. 4) Default Unit System for New Project permite fijar un sistema de unidades por defecto para los futuros modelos. 5) Adicionalmente se puede elegir unidades de medida para magnitudes en específico. Por ejemplo, busque presión (Pressure) en la columna Label y en Unit elija m H2O; de ahora en adelante el programa mostrará las


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presiones en metro columna de agua. Tanto para presión (Pressure) como para pérdida de presión (Pressure Loss) se recomienda usar la unidad de metro columna de agua (m.c.a.), ya que tradicionalmente en hidráulica se ha trabajado la presión en estas unidades. 6) En Display Precision se puede fijar el número de decimales de precisión para la magnitud correspondiente.

III.- Configuraciones Hidráulicas para el Modelo Como bien se sabe, para el caso de conductos cerrados existen diversos métodos de cálculo de pérdidas de energía friccionales (Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, Chézy-Manning, etc), dado esto, es necesario indicar al programa el método que se utilizará. Para esto: 1) Ir al menú Analysis/Calculation Options 2) En la ventana que se abre, se debe hacer doble clic en Base Calculation Options correspondiente a flujo permanente (Steady State). Flujo transiente (Transiente Solver) no interesa por el momento. 3) En la ventana que se abrirá se pueden definir las opciones de cálculo a utilizar en el modelo. Las opciones más importantes son el método de cálculo de pérdidas de energía utilizado y las características del líquido modelado. 4) Para definir el método de pérdidas de energía vaya a Friction Method y podrá encontrar los tres métodos disponibles. 5) Para definir las características del líquido a modelar, vaya a Liquid Label y al presionar el botón podrá abrir una librería de los líquidos disponibles considerando las temperaturas que pueden ser modeladas. Para el caso de redes de tuberías de agua potable es bastante aceptado utilizar agua a 20[°C].


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IV.- Definir un prototipo de tubería WaterCAD permite definir prototipos de tubería, es decir, permite definir un elemento con un largo, diámetro y rugosidad determinada. De esta forma al dibujar una tubería, ésta quedará con las tres características anteriores ya establecidas; esto resulta muy útil cuando se tienen redes con un tipo de tubería muy frecuente. Para definir una tubería tipo debe irse a: 1) Menú View/Prototypes. 2) En la ventana que se abre, seleccionar Pipe (tubería) y hacer clic en el ícono

3)

4)

5)

6)

. Se generará un tipo de tubería en Pipe, si desea puede cambiarle el nombre. Al hacer doble clic en la nueva tubería se abrirá una ventana en donde se pueden asignar las características de este nuevo tipo de tubería. En Diameter puede fijarse el diámetro interno de la tubería, además puede definirse el material y el Coeficiente de Hazen-Williams. Si se desea dejar un largo fijo para todas las tuberías de este tipo, debe irse a Has User Defined Length? y marcarlo como True. Al realizar esto, se habilitará una opción llamada Length (User Defined) en la que se deberá escribir el largo predeterminado. Cabe mencionar que este largo será asignado a la tubería sin importar el tamaño que esta tenga en el dibujo. Al cerrar la ventana de propiedades de este tipo de tubería se volverá a la ventana Prototypes, en ella se puede crear más prototipos de tuberías, nodos, bombas, etc., pero será el prototipo con el ticket rojo encima el que estará vigente:

En este caso la tubería por defecto que se dibujará cada vez que se haga una tubería será la Tubería 2. En el caso que se quiera la Tubería 1 en vez de la 2, debe seleccionar la Tubería 1 y hacer clic en el ícono , así la Tubería 1 quedará por defecto.


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2.- EJEMPLO BÁSICO A continuación se realizará un ejemplo de una pequeña red de agua. Esta red incluirá un estanque de regulación, una bomba y una válvula (estación reductora de presión).

I.- Datos de la Red

Bomba

Válvula

Estanque

A continuación se presentan las cotas de cada nodo: Nodo J-1 J-2 J-3 J-4 J-5 J-6 J-7 J-8 J-9 J-10 J-11 J-12 J-13

Elevación [m] Demanda [L/s] 120 0,0 172 5,0 171 3,0 167 7,0 168 4,0 172 6,0 175 2,0 177 8,0 180 5,0 102 0,5 102 0,8 100 0,3 101 0,2


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Enseguida se presentan las propiedades de las tuberías: Tubería P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 P-9 P-10 P-11 P-12 P-13 P-14 P-15 P-16 P-17 P-18 P-19

Largo [m] 10 12 12 10 12 19 12 10 19 19 19 7 17 7 15 16 11 16 11

Diámetro [mm] 350 350 150 120 120 120 120 120 120 120 110 110 110 300 300 150 150 150 150

Material Acero Acero HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE PVC PVC PVC HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE

CHW 110 110 140 140 140 140 140 140 140 140 120 120 120 140 140 140 140 140 140

La válvula fijará la presión hacia aguas abajo en un máximo de 50 [mca]: Válvula PVR-1

Presión aguas abajo [mca] Diámetro [mm] 50 300

Elevación [m] Dirección del flujo 105 P-14 a P-15

La curva característica de la bomba PMP-1 es la siguiente:


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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA Caudal [L/s] 7,1 9,7 12,4 16,7 21,4 27,9 37,8 42,5 48,2 53,4 55,8 60,3 63,3 66,6 72,0 77,2 82,4 87,5 92,1

DEPARTAMENTO OBRAS CIVILES Carga [m] 125,57 124,10 123,36 122,62 121,52 120,42 118,94 116,74 115,63 114,16 112,69 111,95 110,48 109,38 108,09 105,70 103,12 100,18 96,86

Y se considerará una eficiencia de bomba constante de un 75%. Para el estanque de regulación se tiene que la cota de pelo de agua está a una elevación de 118 [m].


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II.- Ingreso de Geometría de la Red En primer lugar abra WaterCAD y elija crear un nuevo modelo. Luego siga las instrucciones expuestas en PASOS IMPORTANTES AL COMENZAR UN MODELO, se trabajará en modo de dibujo esquemático, en sistema internacional de unidades con presión en [mca] (en WaterCAD: m H2O), utilizando fórmula de Hazen-Williams y agua a 20 [°C]. Se comenzará dibujando la red desde el estanque de regulación. Presione el botón en el costado izquierdo de la pantalla, en seguida ubique el estanque haciendo clic en el costado izquierdo de la pantalla. Habrá creado el estanque R-1. Una vez creado el estanque, presione el botón también en el costado izquierdo de la pantalla. Con esta opción se podrán crear las distintas tuberías y nodos de la red. Haga clic sobre el estaque recientemente creado, se extenderá una línea anclada al mouse. Haga clic derecho, se extenderá un menú con distintas opciones; seleccione Pump (bomba) y haga clic izquierdo en el lugar que desee ubicar la bomba. Una línea continuará anclada al mouse, haga clic derecho nuevamente y seleccione la opción Junction (nodo). Al igual que con la bomba, haga clic izquierdo en el lugar que desee ubicar el nodo. Por ahora debiera verse algo así en la pantalla:

Continúe dibujando la red haciendo hasta el nodo J-9. Procure seguir el orden mostrado en el esquema de la red expuesto arriba, de esta manera será más fácil seguir el tutorial. Recuerde que solo importa que al dibujar, la red tenga la forma que se quiere; ya que se está trabajando de manera esquemática, la longitud de las tuberías en el dibujo no serán necesariamente las longitudes reales de las tuberías. Para dibujar la parte de debajo de la red, presione nuevamente en y haga clic en el nodo J-1, haga clic derecho y elija la opción PVR; haga clic en el lugar en que se ubicará la válvula. Nuevamente con el clic derecho elija Junction. Para realizar la curva entre la válvula y el nodo J-10 mantenga apretada la tecla Control mientras que con el mouse va dibujando la tubería mientras hace clics. Soltando Control podrá ubicar el nodo J-10; continúe creando la red con los nodos faltantes. La red ya debiera tener la forma que se muestra en el esquema.


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III.- Ingreso de Elevación de Nodos La manera más simple de ingresar la cota de un nodo es haciendo doble clic en el nodo, se abrirá una ventana con las propiedades del elemento; en Elevation se podrá ingresar la elevación del nodo. El método anterior puede resultar muy engorroso si la red cuenta con muchos nodos, una de las formas para realizar esto más rápido es tener la tabla de nodos con sus elevaciones en un Excel y copiar la columna de elevaciones. Para ingresar esta tabla en WaterCAD: 1) Vaya al ícono (FlexTables) ubicado en la parte superior de la pantalla, haga clic en la pequeña flecha que apunta hacia abajo y seleccione Junction, se abrirá una tabla con la información de todos los nodos creados. 2) En el Excel, copie los valores de elevación de los nodos. 3) En la tabla de WaterCAD diríjase a la columna Elevation y pegue la columna con las elevaciones que copió desde Excel. 4) Es evidente que el orden de los nodos tanto en la tabla de Excel como en la de WaterCAD, debe ser el mismo. Como técnica puede ordenar los nodos de forma ascendente, para ello vaya a la tabla de WaterCAD y sobre Label haga clic derecho, seleccione Sort->Sort Ascending y los nodos se ordenarán. Deberá quedar una tabla con la elevación de todos los nodos definida:

Finalmente solo cierre la ventana.


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IV.- Ingreso de Propiedades de Tuberías Para definir una tubería deben declararse por lo menos la longitud (en el caso de dibujo escalado el largo se definirá al dibujar la tubería, en este caso el largo deberá ser indicado por usted), el diámetro interno y las características del material (rugosidad para Darcy-Weisbach y CHW para el caso de Hazen-Williams). Para definir estas propiedades usted puede hacer doble cilc sobre la tubería a definir y se abrirá una ventana con las propiedades del elemento, en ella es posible definir el largo (Length (User Defined)), diámetro (Diameter) y coeficiente de Hazen-Williams (Hazen-Williams C). Al igual que en los nodos, el método descrito recientemente puede resultar muy engorroso si existen demasiadas tuberías, una forma alternativa es utilizar nuevamente las tablas de WaterCAD: 1) Diríjase nuevamente al ícono (FlexTables) y seleccione Pipe (tubería). 2) Se abrirá una tabla con las propiedades de las tuberías. Esta tabla (al igual que la tabla de nodos y de los demás tipos de elementos) puede editarse, diríjase al ícono (Edit) y se abrirá la siguiente ventana: Para agregar

Para remover Propiedades a agregar

Propiedades seleccionadas

En esta ventana se puede agregar y remover propiedades en Add y Remove. 3) Sin embargo, generalmente en la tabla de tuberías de todas maneras se mostrarán las propiedades que nos interesa definir en este momento. La tabla de tuberías debiera verse similar a la siguiente:


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Largo escalado


Largo definido por el usuario

Chequeo

En la tabla, Length (Scaled) es el largo de la tubería de acuerdo al largo dibujado en el esquema, Length (User Defined) es el largo definido por el usuario que no necesariamente es igual al largo escalado, finalmente Has User Defined Length? es una pregunta que busca saber que largo debe usar el programa para los cálculos; el largo escalado o esquemático (definido por el usuario). Ya que todas las tuberías fueron dibujadas habiendo definido un modo de dibujo esquemático, la pregunta de chequeo debe estar marcada con un ticket para todas las tuberías, en el caso de que se cambie el modo de dibujo (de esquemático a escalado) todas las tuberías hechas previamente seguirán obedeciendo al largo definido por el usuario, por otra parte, las tuberías hechas después de este cambio obedecerán al largo escalado. 4) En definitiva, para definir los largos, diámetros y coeficientes de Hazen-Williams usted puede tener previamente preparada esta información en un Excel y pegarla en la tabla de tuberías, tal y como se hizo con la elevación de los nodos. 5) Cierre la ventana de tuberías.


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V.- Ingreso de Caudales de Demanda en los Nodos Para ingresar las demandas en los nodos debe: 1) Dirigirse al ícono (Demand Control Center) en la parte superior de la ventana principal del programa. 2) Al cliquear el ícono se abrirá una ventana en cuya esquina superior izquierda estará la figura (New). Presione la pequeña flecha que apunta hacia abajo se seleccione Initialize Demands for All Elements, se creará una tabla como la siguiente:

3) Como se hizo en las tablas anteriores, es posible copiar los caidales de demanda desde un Excel preparado previamente y pegarlas en la columna Demand (Base). 4) Si desea cambiar el sistema de unidades con que se trabaja la demanda haga clic derecho sonbre Demand (Base) y seleccione Units and Formatting…, se abrirá la siguiente ventana en donde puede cambiar la unidad de medida (Unit) y el número de decimales que se muestran en la tabla(Display Precision):


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VI.- Ingreso de Propiedades de la Válvula 1) En la pantalla principal del programa diríjase a abrirá una ventana como la que sigue:

(FlexTables) y elija la opción PRV. Se

En ella se podrá definir la elevación a la que está ubicada la válvula, el diámetro de ésta, la presión que fija hacia aguas abajo (ver a que tipo de válvula corresponde una PRV en la sección Elementos Físicos) y la tubería de aguas abajo. 2) Es importante definir la tubería de aguas abajo tal y como se espera que vaya a circular el flujo, es decir, a priori se espera que en este ejemplo el flujo vaya desde la tubería P-14 a la P-15 y no al revés; de esta forma la tubería de aguas abajo será la P-15 y en ella será fijada la presión indicada en la válvula.


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VII.- Ingreso de Propiedades de la Bomba Para el caso de una bomba hidráulica, se deben especificar curva característica de la bomba y curva de eficiencia de ésta. Para realizar esto, primero se creará un prototipo de bomba y en seguida se le dirá a la bomba dibujada en el esquema, que debe obedecer a las características del prototipo de bomba que se ha creado: 1) Ir al menú Components/Pump Definitions…, se abrirá la siguiente ventana:

2) En la pestaña Head puede ingresarse la curva característica de la bomba, para esto hay varias modalidades que pueden seleccionarse en Pump Definition Type. En el caso de contar con la curva de la bomba (condicionada de fábrica) debe seleccionarse Multiple Point que permite ingresar una lista de puntos Caudal-Energía que forman la curva característica. Al igual que antes, esta curva puede ser copiada desde Excel y pegada en esta ventana de WaterCAD.


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3) En la pestaña Efficiency pueden ingresarse características de eficiencia de la máquina. Al seleccionarla la ventana será como la siguiente:

4) En Pump Efficiency Type es posible elegir la manera en que se entregará la información sobre la eficiencia, al igual que en la curva característica, es posible entregar una lista de puntos Caudal-Eficiencia. 5) Sin embargo, para el presente ejemplo se tiene que la eficiencia se considera constante e igual a 75% independiente del caudal que circule por la bomba. Dado esto, seleccione la opción Constant Efficiency e indique una eficiencia del 75%. 6) Se dibujará automáticamente una curva azul correspondiente a la curva característica de la bomba y una curva roja indicando la eficiencia de ésta en función del caudal.

VIII.- Ingreso de Propiedades del Estanque La característica que se debe especificar en el caso de un estanque es su cota de pelo de agua. Para realizar esto haga doble clic en el estanque del esquema y en la ventana de propiedades del elemento fije Elevation en el valor 118 [m] que fue indicado más arriba.


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IX.- Arranque del Modelo y Análisis de Resultados Ya se han ingresado todas las características de todos los elementos del modelo. Sin embargo, WaterCAD cuenta con un depurador que busca posibles errores y los indica antes de correr el modelo, para esto se debe dirigir al ícono en la parte superior de la ventana principal del programa. Después de corroborar que el modelo no tiene errores que impidan aplicar el método, puede correr el modelo en el ícono ubicado en la parte superior de la pantalla principal o bien ir a Analysis/Compute. Una vez corrido exitosamente el modelo existen variadas formas de revisar los resultados, los de mayor interés son generalmente la presión en los nodos, y la velocidad y el caudal en las tuberías. Si desea una tabla con estos resultados, vaya nuevamente al ícono (FlexTables) y elija Junction o Pipe para ver presión en nodos, y caudal y velocidad en tuberías respectivamente; se abrirá la tabla de nodos o tuberías con estos resultados para cada nodo o tubería. Otra forma es ver estos resultados escritos sobre el mismo esquema de red, para hacer esto debe: 1) Ir a la siguiente ventana en el costado izquierdo del programa:


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2) Para poder ver las presiones en los nodos, haga clic derecho sobre Junction y elija New/Annotation, se abrirá la siguiente ventana:

3) En Field Name podrá elegir la propiedad que quiera mostrar, en este caso seleccione Pressure. 4) En Initial Offset podrá indicar la posición del texto (presión) con respecto al nodo; en este caso bastará con 1 metro en X e Y. 5) En Initial Multiplier podrá indicar el tamaño del texto; con 1 estará bien en este caso. 6) Seleccione Apply y OK. De inmediato se verán los valores de presión al lado de cada nodo en el esquema. Si las etiquetas de los nodos o tuberías interfieren con las anotaciones de presión, en los tickets de la ventana del costado izquierdo puede deshabilitar las etiquetas. Para el caso de caudal o velocidad en las tuberías, realice un procedimiento análogo, pero cliqueando en Pipe en lugar de Junction. Se puede realizar este tipo de procedimiento con distintas propiedades (largo, diámetro, CHW, rugosidad, etc.).


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3.- EJEMPLO RED DE PUERTO OCTAY A continuación se desarrollará un ejemplo de red más robusto que el anterior. El objetivo es que a través de este ejemplo se pueda explicar algunos de los diferentes métodos que facilitan el trabajo con grandes redes.

I.- Ingreso de Geometría de la red i.- Mediante Imagen de Fondo El programa permite tomar una imagen en formato .jpg y utilizarla de fondo para el trazado de la red. En este caso, se realizará el proceso con una imagen de la localidad tomada desde Google Earth:

Puerto Octay, Región de Los Lagos, Chile. Fuente: Google Earth.


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Se sabe que las coordenadas de los puntos A, B, C y D en coordenadas UTM son: Punto A B C D

Coordenada Este Coordenada Norte 677230.00 m E 5462560.00 m S 678700.00 m E 5462560.00 m S 677230.00 m E 5461300.00 m S 678700.00 m E 5461300.00 m S

Huso -18 -18 -18 -18

Por lo tanto, la imagen tiene aproximadamente 1470 [m] de ancho y 1260 [m] de alto. Esta imagen está guardada en .jpg en la carpeta del tutorial, para poder cargarla: 1) Abra un nuevo proyecto en el programa. 2) Diríjase al ícono (New) en la ventana Background Layers en la esquina inferior izquierda de la pantalla principal:

3) Seleccione New File. 4) Busque la imagen de Puerto Octay en formato .jpg. 5) Una vez elegida la imagen, se abrirá la siguiente ventana:


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6) En la parte marcada en rojo, se debe ingresar las coordenadas de los vértices de la imagen (Bottom Left, Top Left, Top Right y Bottom Right), por lo se ingresarán las coordenadas UTM mostradas en la tabla anterior. Este paso sirve para que el programa pueda escalar la imagen, de manera que al dibujar tuberías sobre ella, los largos queden definidos automáticamente. De esta forma, la ventana deberá quedar así:

Es importante que la sección Units esté en las unidades correspondientes a las coordenadas ingresadas. 7) Seleccione OK y diríjase al botón en la parte superior de la pantalla principal para encuadrar la imagen cargada. 8) Ahora puede dibujar la red sobre la imagen y, si el modo de dibujo está en Escalado (Scaled), automáticamente quedarán definidos los largos de las tuberías con solo dibujarlas.


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ii.- Mediante Red desde AutoCAD WaterCAD es capaz de tomar un dibujo hecho en AutoCAD e importarlo como una red de tuberías, donde cada Line de AutoCAD es tomado como una tubería en WaterCAD y en cada extremo del Line posiciona un nodo. Para este ejemplo, se tiene el plano de la red de tuberías de Puerto Octay en la carpeta del tutorial (Red AP_Puerto Octay.dwg). En este plano se encuentra la red separada por capas, una capa para cada diámetro de tubería (200, 250 y 400 [mm]), a continuación se cargarán estas tres capas y se construirá la red en WaterCAD: 1) Ingrese al dibujo de AutoCAD y guarde una copia en formato .dxf. El plano debe estar en este formato, si no, WaterCAD no podrá importarlo. 2) En WaterCAD, seleccione el ícono (ModelBuilder…) en la parte superior de la pantalla principal. 3) En la ventana que se abrirá, seleccione el ícono (New). Se abrirá la siguiente ventana.

4) En Select a Data Source type selecciones CAD Files, de esta forma se le está diciendo al programa que un archivo CAD será ingresado. 5) En Browse… busque el archivo Red AP_Puerto Octay.dxf en la carpeta que lo guardó previamente. Recuerde que debe ser aquel archivo con extensión .dxf.


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6) Se mostrará la siguiente lista de las capas del AutoCAD, en ella deberá marcar solo las capas que contienen a las tuberías que se desean ingresar, tal como se muestra a continuación:

Las demás capas corresponden a las curvas de nivel de la localidad y a otros elementos que por ahora no interesan. Finalmente, vaya Next. 7) El programa seguirá con esta ventana:

En ella se debe especificar que las medidas del AutoCAD importado están, para este caso, en metros. Además se debe indicar una tolerancia, esta tolerancia le dice a WaterCAD que cuando se tengan tuberías cuyos extremos estén distanciados un valor menor que la tolerancia, éste debe unir las tuberías mediante un nodo. En este caso se tomará como 0,5 [m].


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8) En seguida, seleccione Next hasta llegar a la siguiente ventana:

En ella, para cada capa importada, defina Key Fields como . Seleccione Next. 9) El programa preguntará:

Marque la opción Yes y seleccione Finish. 10) Espere que le programa cargue la información. WaterCAD le preguntará si desea sincronizar el dibujo ahora, responda que sí. En seguida, vaya al botón que encuadrará la pantalla en la red cargada. 11) Yendo a Tools/Opntions…/Drawing puede variar el tamaño de los símbolos y los textos en Symbol Size Multiplier y Text Height Multiplier respectivamente. Cabe señalar que la red cargada no contempla detalles como diámetros de las tuberías o rugosidad, es necesario ingresar esta información de alguna otra forma. En este caso, de haber querido ingresar más rápido los diámetros de las tuberías, se podría haber cargado primero la capa con tuberías de 400 [mm] e ingresar los diámetros, en seguida cargar la capa con tuberías de 250 [mm] e ingresar los diámetros para estas nuevas tuberías cargadas y continuar así con todas las capas.


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II.- Ingreso de Cotas de los Nodos Mediante Curvas de Nivel El programa permite ingresar la cota de los nodos mediante curvas de nivel desde AutoCAD. Para esto se debe contar con las curvas de nivel de la zona, tal y como lo muestra el archivo Red AP_Puerto Octay.dwg. Estas curvas de nivel deben tener una altura asociada, de otra forma el programa no podrá reconocer la altura de cada curva (con altura asociada, se refiere a que dentro de las propiedades de las Polyline, el parámetro Z debe estar definido en cierto valor de acuerdo a la curva de nivel que corresponda). Para realizar esto debe: 1) La red ya debe estar ingresada en WaterCAD o por lo menos los nodos. 2) Tome las curvas de nivel desde el AutoCAD Red AP_Puerto Octay.dwg en la carpeta del tutorial, copiarlas en un nuevo dibujo de AutoCAD (solo las curvas de nivel). 3) Guarde este nuevo dibujo en el formato .dxf. 4) Una vez guardadas las curvas de nivel, en WaterCAD diríjase al ícono (New) en la ventana Background Layers en la esquina inferior izquierda de la pantalla principal. Seleccione New/New File y busque el dibujo de las curvas de nivel recientemente guardado como .dxf. 5) Aparecerá una ventana en la que deberá indicar las unidades de medida en la que se encuentran las curvas de nivel (en este caso metros) y al seleccionar OK, las curvas de nivel se dibujarán en el esquema de la pantalla. 6) En seguida, diríjase al ícono (TRex…) en la parte superior de la ventana principal. 7) Se abrirá la siguiente ventana:


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En esta ventana se debe seleccionar la opción DFX Contours (indica que se importarán curvas de nivel), en File se debe buscar las curvas de nivel guardadas previamente en formato .dxf., se debe seleccionar Elevation (mediante las elevaciones de las curvas se asignará la altura de cada curva) y finalmente se deben definir las unidades de medida con las que vienen las curvas (en este caso metros en X, Y y Z). Seleccione Next. 8) Aparecerá una ventana con la cota de los nodos interpolados. Al finalizar, encontrará que la elevación de los nodos estará definida de acuerdo a las curvas de nivel.


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III.- Agrupación de Nodos en Sectores Agrupar los nodos en zonas es bastante útil para ingresar información fácilmente. A continuación se ingresarán los caudales de demanda según zonas definidas en la red. Supongamos que la red de agua potable de Puerto Octay está sectorizada de la siguiente manera:

Sector Cerro Sector Alto

Sector Costa

Puerto Octay, Región de Los Lagos, Chile. Fuente: Google Earth.


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Sector Alto Sector Cerro

Sector Costa


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Para agrupar los nodos: 1) En WaterCAD vaya al menú Edit/Select By Polygon. 2) Realice un polígono que encierre los nodos del sector alto con el botón izquierdo del mouse. Una vez encerrados los nodos, presione el botón derecho y seleccione As Selected.

3) La red seleccionada tomará un color rojo. Haga clic derecho en uno de los nodos seleccionados y vaya a Edit Group…. 4) Se abrirá una ventana en la que debe hacer doble clic en Junction Table. Al hacer esto, se abrirá la tabla con la información de los nodos seleccionados. 5) A continuación, se asignarán todos estos nodos a una zona llamada “Sector Alto”. Haga clic en algún en Zone y vaya al botón :

6) Se abrirá otra ventana en la que debe hacer clic en automáticamente, llámela Sector Alto y cierre la ventana.

(New). Se creará una zona


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7) En la ventana con la información de todos los nodos de la selección, haga clic derecho en Zone y elija Global Edit…

8) Se abrirá una pequeña ventana en la que tendrá que decir a qué zona está asignando los nodos. Para esto, en Operation se debe elegir Set (fijar) y en Value se debe seleccionar el sector ya creado con anterioridad.

9) Al apretar OK, todos los nodos de la selección pertenecerán al Sector Alto. 10) Esto entrega la oportunidad para ingresar de forma mucho más rápida los caudales por sector. Por ejemplo, si se desea ingresar una demanda común para todos los nodos del Sector Alto, vaya al Centro de Control de Demanda y en la tabla haga clic derecho en Zone y seleccione Filter/Quick Filter…


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Esto lo llevará a una ventana en donde, en Value pude decirle al programa que en la tabla solo muestre los nodos pertenecientes al Sector Alto.

Luego, en la tabla de nodos, haciendo clic derecho en Demand (Base) y seleccionando Global Edit… puede fijar globalmente la demanda de los nodos del sector.


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4.- ALGUNOS ELEMENTOS FÍSICOS DEL PROGRAMA Nodos Son puntos en donde se intersectan o finalizan tuberías y a través de ellos, el modelo considerará que las demandas de caudal. Generalmente, los resultados más importantes en ellos son la presión y la energía.

Tuberías Son líneas que unen nodos del modelo y cuyo objetivo es transportar agua. Para esto, es necesario indicar características de diámetro interno, longitud y rugosidad de acuerdo al modelo que se esté utilizando (Darcy-Weisbach o Hazen-Williams). Los principales resultados que pueden entregar son velocidad y caudal circulante.

Embalses o Reservorios Nodos de la red que simulan una alimentación externa de la red y cuya capacidad de alimentar es ilimitada. Es especialmente útil para modelar alimentación de la red por medio de embalses o lagos, donde los niveles del cuerpo de agua no se verán afectados por la demanda de la red. La característica principal a definir en un embalse es la cota de pelo de agua, ya que ésta será la energía con la cual se presurizará la red.

Estanque o Depósito Al igual que los embalses, un estanque es un nodo que alimenta a la red presurizándola. Sin embargo, éste tiene limitaciones sobre el volumen que pueda almacenar y para ello se deberán definir ciertas propiedades geométricas del estanque. Es especialmente útil en modelos que consideren demandas variables en el tiempo, ya que de esta manera se puede ver cómo fluctúa el nivel de agua en el estanque.

Válvulas Son elementos que limitan la presión o el caudal en un punto en específico de la red. Existen de varios tipos de acuerdo a lo que se requiera modelar: o

o o o

o

Válvulas Reductoras de Presión (PRV): Válvulas que están destinadas a limitar valores de presión en el nodo aguas abajo, de manera que la presión no supere un cierto umbral definido. Válvulas Sostenedoras de Presión (PSV): Válvulas destinadas a mantener la presión en el nodo de aguas arriba de la válvula. Válvulas de Rotura de Carga (PBV): Válvulas que generan una caída de energía prefijada. Válvulas Limitadoras de Caudal (FCV): Válvulas que toman un umbral de caudal predefinido y se preocupan de que el caudal que circule por ellas no exceda tal umbral. Válvulas de Regulación (TCV): Simulan una válvula parcialmente cerrada y cuyas pérdidas singulares quedarán determinadas de acuerdo a las indicaciones del fabricante.


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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA o


Válvulas de Propósito General (GPV): Válvulas utilizadas para representar pérdidas que obedecen a una línea pérdida-caudal indicada por el usuario.


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Tutorial WaterCAD USM

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