Water-GEMS Manual.pdf

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

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

métrico)

s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

Version V8i (SELECTseries 1)

d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

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

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

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

Agenda Curso de Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución, Usando Bentley WaterCAD/GEMS V8i 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

DIA 1 – Teoría General de Hid ráulica. Construcción de Modelos en WaterCAD/GEMS V8i, Herramientas y Generalidades de Modelación Hidráulica y Elementos especiales de modelación.

08:00 Registro de Participantes 08:30 Presentación Línea Bentley para Sistemas de Distribución Presentación Corporativa Bentley Systems Introducción a WaterCAD/GEMS V8i SS1

• •

09:30 Sesión Teórica 1

–

Conceptos básicos de hidráulica

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

• • • •


–

Generalidades de la modelación hidráulica de Redes de Distribución

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

• • • •

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

12:30 13:30 Receso Mediodía ‐

13:30 Sesión Teórica 3 • • • •

Taller 1 • • • •

–

Elementos especiales de modelación

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

Bombas, tanques y válvulas

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

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

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


DIA 2 – Calibración Hidráulica de Redes de Distribución usando Darwin Calibrator, Introducción al análisis de Calidad y Simulaciones en Período Extendido. Manejo de escenarios y evaluación costos de energía. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

08:30 Taller 2

–

Calibración de Modelos Hidráulicos

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

• • • •


–

Simulación en período extendido (EPS)

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

• • • • •


Taller 3 • • •

–

Simulación EPS y Evaluación de Costos de Energía

Simulación en período extendido Costos de energía Estrategias de bombeo

16:00 Sesión Teórica 6 Calidad del agua ‐

• •

Fundamentos Procesos y Reacciones presentes en la Red Hidráulica

• • • • •

Tipos de Modelos de Calidad Modelación de desinfectantes Transformaciones cinéticas Modelos de mezcla en depósitos Probelmática eventos de contaminación

Taller 4 • • • • •

Taller 6 • •

–

Edad del agua, Rastreo de fuentes y decaimiento de Cloro

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

Análisis Automatizado de Flujo de Incendio (Demostración Guiada)

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

17:30 Sesión Teórica 7 • • • •

–

Diseño y Optimización de Modelos Hidráulicos

Tipos de Diseño Diseño óptimo Planeación Rehabilitaciones

18:30 Sesión preguntas y respuestas


DIA 3 – Módulo Darwin Designer para diseño optimizado de sistemas basado en AG. Análisis de Elementos Críticos. Integración de WaterCAD/GEMS con otros sistemas de información. Uso de Herramientas ModelBuilder y LoadBuilder. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

08:30 Taller 5

–

Dimensionamiento y herramientas de diseño optimizado

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

• • •

DEMO: Optimizado usando Módulo Darwin Designer • Diseño Configuración de un Estudio deelDiseño y sus Restricciones Funciones de Costo y Parámetros del A.G. Optimización y exportación de escenario

• •


–

Análisis de Elementos Críticos ( Criticallity Analysis)

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

• •

Taller 7

–

Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Demostración Guiada)

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

• • • •


13:30 Sesión Teórica 9 • • • • • •

–

Integración del Modelo con Datos Extermos y Sistemas de Información Geográfica

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

DEMO: Construcción de un modelo a partir de un archivo CAD Taller 8 • • •

–

Construcción automática de modelos con ModelBuilder

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

Taller 9 Asignación automática de demandas con LoadBuilder –

• • • •

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

18:00 Cierre del Curso y Entrega Certificados.


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0 – Novedades Versión V8i

Curso WaterCAD/GEMS

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

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

© 2008 Bentley Systems, Incorporated


Qué hace WaterCAD/GEMS? Usted Ingresa…

El programa calcula…

• Propiedades del Sistema

• Caudales

• Demandas • Re las de o eración

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

2

Copyright © 2010 – Bentley Systems, Incorporated


Página 1


Curso WaterCAD/GEMS

Para qué sirve? 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

• Dimensionar Bombas

• Analizar vulnerabilidad del

• Simular sistemas de distribución en horas pico o

• Vaciado unidireccional

por varias horas, dias. • Analizar costos de energía

• Demandas dependientes de presión

• Analizar Calidad de Agua

• Trabaja en:

• Dimensionar Tanques Hidroneumáticos • Calibrar y detectar fugas

– – – –

ArcGIS Stand Alone MicroStation AutoCAD

• Mucho Más… 3



Nuestro compromiso: Interoperabilidad

XML aecXML XMpLant TransXML GML DWG

4



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Curso WaterCAD/GEMS

WaterCAD/GEMS V8i Diferencias

i WaterGEMS V8 Edition

2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

Plataforma ArcGIS i WaterCAD V8 Edition

Windows Stand-alone

Centro de Demandas Nuevo! – LoadBuilder– Nuevo! CriticalityAnalysis- Nuevo!


Plataforma MicroStation

TerrainExtraction– Nuevo! Módulos Incluidos

ModelBuilderNuevo! –

Adiciones Disponibles

Darwin Calibrator

Plataforma AutoCAD

Darwin Designer DarwinScheduler Skelebrator

HAMMER y SCADAConnect – Complementos 5



Novedades en V8

V7

V8 XM

Julio 2006

6


V8i

Noviembre 2008

V8i SS1

Octubre 2009


Página 3


Curso WaterCAD/GEMS

Novedades en V 8 XM 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

• Nueva interfaz.NET completamente personalizable • • Navegador de Red • Contornos • Imagenes de fondo


• Importación de CAD, GIS & Bases de Datos: • LoadBuilder • TRex • ModelBuilder • Thiessen polygon builder WaterGEMS V8 XM Edition

ArcGIS interfaceshown 7



Novedades en V 8 XM • Nuevos Elementos: - Válvula de Aislamiento - Conjunto de Bomas de Velocidad Variable - Tanque Hidroneumático • Análisis de Segmentos Críticos • Demandas Dependientes de Presión • • • •

Segmentación Análisis de Vaciado Detección de Fugas Navegador de Flujo de Incendio

8



Página 4


Curso WaterCAD/GEMS

Novedades en V8i 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

• Nuevo Elemento: – Válvula escape de aire • Patrones de control para válvulas

• Propiedad de yGIS-ID para construcción sincronización de modelos


• Generación rápida de prototipos • Exportar a Google Earth • Perfecta integración con Bentley HAMMER

9



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

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



Página 5


Curso WaterCAD/GEMS

Análisis de Criticidad 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

• Encontrar todos los segmentos de distribución (tramos válvulas de aislamiento • Identificar los segmentos más largos o aquellos con mayor número de válvulas de aislamiento

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• Identificar cortes que pueden generar suspensión en el servicio de distribución • Identificar el im acto hidráulico del cierre de se mentos • Determinar donde son requeridas las válvulas

11


Segmentación & Criticidad

12 | WWW.BENTLEY.COM



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Curso WaterCAD/GEMS

Detección de Fugas 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

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


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Sincronización de Modelo y GIS (V8i) GIS Día 1

GIS Día n

Sincronizados

Modelo Día 1

Fuera de Sincronización

GIS Día n

Modelo Día n

Modelo Día n Sincronizados

14



Página 7


Curso WaterCAD/GEMS

Herramientas para limpieza del modelo 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

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


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

15



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

16



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Curso WaterCAD/GEMS

Modelación de Escen arios 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Alternativas

Escenario Actual Año 2020 Año 2030 Ampliación diámetro

Physical: Red Existente Demand: Actuales Active Topology: Actual Physical: 2020 Demand: 2020 Active Topology:Nuevo 2020


Physical: Norte 2030 Demand: 2030 Active To olo : Nuevo 2030 Physical: Ampliación tubería Demand: Max 2030 Active Topology:Nuevo 2030

17



Tipos de Archivos

Stand Alone (xxx.dwh (xxx. dwh)

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

MicroStation (xxx.dgn (xxx. dgn)

19


AutoCAD (xxx.dwg) (xxx.dwg

ArcGIS (xxx.mdb) (xxx.mdb


Página 9


Curso WaterCAD/GEMS

Conversión de Versiones Previas 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Version 7 (3) wcd

Actualización

Exportar Configuración de Presentación


wcd Pre-version 7 Exportar a Set de Datos GEMS

xml

mdb

wtg

wtg.mdb

Importar Configuración de Presentación

Version 8

20



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

21



Página 10

I ‐ Fundamentos Básicos de Modelación

Curso WaterCAD/GEMS


Fundamentos de Modelación Por qué modelar? © 2008 Bentley Systems, Incorporated


Repaso Conceptos Hidráulicos Principios Pérdidas Menores

Flujo

Métodos de Solución

Velocidad

Pérdida de Carga

Presión

Energía 3


Continuidad


Página 1


Curso WaterCAD/GEMS

Tipos de Flujo (Clasificaciones) 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

• Compresible vs. Incompresible • Laminar vs. Turbulento


• • • •

Tubería Cerrada vs. Canal Abierto Tubería Llena vs. Parcialmente Llena Newtonianos vs. No-Newtonianos Fase Única vs. Fase Múltiple

4



Aplicaciones de Modelación

• • • • •

Distribución de agua potable Provisión de agua no tratada Irrigación a presión Protección contra incendios Conducciones presión de aguas negras

• Aplicaciones industriales • Consumo de energía • Calidad de agua 5



Página 2


Curso WaterCAD/GEMS

Flujo 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Volumen / Tiempo


• m3/s – • l/s – • m3/hr – • ft3/s – • gpm – • MGD – • ac-ft/day –

metros cúbicos/segundo (SI) litros/segundo metros cúbicos/hora pies cúbicos/segundo (FPS) galones/minuto millones de galones/día acre-pies/día

6



Velocidad Velocidad = Flujo / Área Ecuación de continuidad

V = Q/A

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

Ran o de Valores en Sistemas de Distribución - Típico: 0.6 – 1.2 m/s. - Alto: 1.5 – 2.5 m/s. - Muy alto: > 3.0 m/s 7



Página 3


Curso WaterCAD/GEMS

Presión 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

Fuerza / Área Unidades Comunes:

•

Newton/m - Pascal (SI). kPa – Kilo Pascal.


•

bar –

•

psi –

Libras /pulgadas cuadradas (típico US). 2

•

•

sf –

•

atm –

100kPa. Libra/ ie cuadrado. Atmósfera (14.7 psi ó 10.33 mca). Importante el Concepto de

Presión Manométrica vs. Presión Absoluta 8



Presión

• Presión en la base de una columna = Altura del li uido en la columna

Importa el diámetro?

46 ft Fueza?

46 ft Fuerza?

20 psi 1 psi = 2.31 ft

20.4 m Fueza?

200 kPa

? psi

9


1 kPa = 0.102 m © 2008 Bentley Systems, Incorporated

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Curso WaterCAD/GEMS

Estándares de Presión En Redes de Distribución

2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

• Mínimo

–

m

2

• Mínimo normal

– 20, 25, 30 m H 20


• Máximo

– 40 …60 m H 20

Qué rangos maneja su Empresa? 10



Ecuación de Conservación de Masa

Masa ENTRA = Masa SALE Para un flujo incompresible bajo condiciones estáticas:

Σ Qi – U = 0 Donde, Qi U

= =

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

11



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Curso WaterCAD/GEMS

Conservación de Masa con Almacenamiento

2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

Para condiciones de modelación en tiempo , nodos (tanques).


Qi - U – dV/dt = 0 Donde, dV/dt = Cambio en almacenamiento (L 3/T)

12



Conservación de Energía La diferencia de energía entre dos puntos es la misma sin importar el camino tomado. z1 + p1/γ + V12/2g +

Σ hp = z2 + p2/γ + V22/2g + Σ hL + Σ hM

Donde, z = Elevación = Presión γ = Peso especifico

V = Velocidad hp = Carga agregada por Bombas hL = Pérdidas por fricción hM = Perdidas menores

13



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Curso WaterCAD/GEMS

Conservación de Energía 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

Se consideran entonces en la Ecuación Básica, (1) (2) (3)


Presión - p / γ Velocidad - V2 / 2g Elevación - z

(Se ignora en ocasiones)

Donde, P=

presión

= V= g= Z=

velocidad aceleración gravitacional elevación

14



Líneas de Carga

Carga Estática evac n + r es n = nea ezom rc a

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

Δ Carga = diferencia carga entre puntos

15



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Curso WaterCAD/GEMS

Flujo desde cargas altas a cargas bajas 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Punto B

Punto A

Punto C

HGL

Punto D

Head Loss


2 . 3 1 p

Direction o f Flow

16



Ecuaciones de Pérdidas Relaciones empíricas en flujo turbulento

•

arcy- es ac – Colebrook-White (No explícita) – Swamee Jain (Aproximación)

•

Hazen Williams

•

17



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Curso WaterCAD/GEMS

Formulación Darcy-Weisbach 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

h = f

L D

V

2

2g

Donde, h = pérdida de carga L = longitud V = velocidad


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

Factor de Fricción → f (rugosidad, No. de Reynolds) = , Factor de fricción depende de las condiciones de flujo (Principal Defecto de Ecuación de Hazen-Williams)

18


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

64

f= N

R

2 g L V 2 h L D

/D e

f

e, f t. Riveted steel Concrete Wood stave Cast iron Galvanized iron Asphaltedcast iron Steel or wrought iron DrawnTubing

0.003 - 0.03 0.001- 0.01 0.0006 - 0.003 0.00085 0.0005 0.0004 0.00015 0.000005

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

NR

19


DV v


Página 9


Curso WaterCAD/GEMS

Formulación de Hazen-Williams 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

V h = kL D 1.16 (C

)

1.85

Donde,


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

Se deben verificar los Rangos de Validez !!

20



Formulación de Hazen-Williams V 1.851 hf = kL D 1.167 ( C ) Donde, D = Diámetro (en ft o m) V = Velocidad (en fps or m/s) C = Hazen-Williams factor-C L = Longitud en pies o metros k = 6.824 para V en m/s, D en m ó k = 3.02 para V en fps, D en ft h y L: en las mismas unidades de longitud.

Se deben verificar los Rangos de Validez !!

21



Página 10


Curso WaterCAD/GEMS

Hazen-Williams: Determinación Coef. C 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

• Factor C – Medido en el cam o – Obtenido en calibración


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

22


Valores Coef. de Rugosidad HazenWilliams (C) MaterialdeTubería Cemento Asbestos Bronce AlcantarilladodeLadrillo Hierro Fundido Nueva,sinrecubrimiento años 10 años 20 años 30 años 40 Concretoconrecubrimiento. Molde de Acero Girado Centrifugadamente Cobre HierroGalvanizado Vi rio Plomo Plástico Acero Esmalte de alquitrán de carbón, Ribeteado Hojalata Cerámica Vitrificada (Cond. Buena) 23


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

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Curso WaterCAD/GEMS

Formulación de Manning 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

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

h=c Ln

2

V2 d 1.33

Co = 1.49 para unidades Inglesas y 1.0 para unidades métricas


V R h L n

= Radio velocidad (fps o m/s) = Hidráulico = área/perímetro mojado (ft o m) = Pérdida de carga (pies o metros) = longitud (pies o metros) = Coeficiente de rugosidad de Manning Material

n

Tubería Lisa Cemento de Granulometría fina Tubería AC Concreto Ordinario HierroFundido 24


0.009 0.010 0.011 0.013 0.015 © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Comparación de Ecuaciones de Fricción Darcy-Weisbach

Hazen-Williams

Manning

Todos los fluidos

Agua solamente

Agua solamente

Difícil obtener f*

Fácil de obtener C

Fácil de obtener n

Para todos los regímenes

Flujo laminar

Flujo turbulento

No es usada comúnmente en USA

Usada comúnmente en USA

Usada comúnmente para Alc. sanitario

25



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Curso WaterCAD/GEMS

Pérdidas Menores 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

Pérdidas localizadas causadas por: • Accesorios

• Codos • Válvulas


Descritos por el coeficiente Km en la siguiente Ecuación: m

2

Donde Km= h=

Coeficiente de Pérdidas menores Pérdida de carga causada por Pérdidas menores

26


Valores Típicos de Coef. De Pérdidas Menores

27



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Curso WaterCAD/GEMS

Pérdidas Menores para Válvulas 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

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


4. Coeficiente de Descarga (CD)

.

m

-

.

=

.

2. Coeficiente de Pérdidas referido al Caudal ( K). 3. Factor de Flujo (CV).

Cv ( θ ) =

Hm

⋅

v2 2⋅ g

= K (θ ) ⋅ Q

2

Q

Δp / s

C D (θ ) =

v 2 g ⋅ hm + v 2

C

D

(θ ) =

1

km + 1

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

km 2 ⋅ g ⋅ AO2

28


km (θ ) =

20 ⋅ g ⋅ A02

Cv (θ ) 2


Representación de la Red CONEXION

NODOS:

Uniones, Tanques y Reservorios.

CONEXIONES:

Tubos.

HIBRIDOS:

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

29



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Curso WaterCAD/GEMS

Formulación Básica del Análisis (1/3) Qe1 1

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

2

Q25 QD4

47

6

Q69

Q QD7 7

L > N-1

58

Q


QD6

Q56

5

12 Líneas 9 Nodos 4 Circuitos

Q36

QD5

Q45

4

Qe3

Q23

Q14


3

QD2

Q12

Qe6

QD8

Q78

8

Q89

Ec. de Conservac ión de Masa en Red y Nodos

9

-Para toda la Red de Distribución:

S

Nu e

el número de Nodos en la Red

D

i =1

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

i =1

NTi

∑Q

ij

− QDi = 0

(I)

i =1

30


Formulación Básica del Análisis (2/3) Análisis entre Nodos

Para cada línea se puede plantear la siguiente ecuación de Energía entre los nodos i y .

Hi − H j =

Hi − H j =

En términos de Caudales:

Vij2 ⎡

∑ hm + hf = 2 g ⋅ ⎢⎣∑ km + f Qij2

⋅

l ⎤ D ⎥⎦

⎡ l ⎤ ⋅ ⎢∑ km + f ij ⋅ ij ⎥ Dij ⎦⎥

2 g ⋅ Aij2 ⎣⎢

⎡ ⎤ ⎢ ⎥ Hi − H j ⎢ ⎥ Qij = lij ⎥ ⎢ ⎢ ∑ kmij + f ⋅ ⎥

Despejando Qij, obtenemos:

ij

1/ 2

⋅ 2 g ⋅ Aij

ij

Reemplazando en la Ecuación (I) de Conservación de Masa en Nodos, tenemos:

⎡ NTi ⎢ Hi − H j ⎢ ∑ lij j =1 ⎢ ⎢ ∑ kmij + f ⋅ D

⎤ ⎥ ⎥ ⋅ Hi − H j ⎥ ⎥

(

)

−1 / 2

⋅ 2 g ⋅ Aij − QDi = 0

(II)

ij

⎣ 31


⎦ Ecuaciones de Altura Piezométrica (EH) © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Página 15


Curso WaterCAD/GEMS

Formulación Básica del Análisis (3/3) Análisis de Circuitos 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Para cada circuito cerrado, podemos estimar la Ec. De conservación de Energía así: Siendo N T ’i el número de tubos del circuito Utilizando Darcy para esta ecuación tendríamos:


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

NT 'i

ij

ij

i =1

NT 'i

Vij2 ⎡

∑

2 g ⎢⎣

i =1

⋅

⎡ ⎢ ∑ Q ⋅ (Q )⋅ ⎣

NT 'i

ij

NT 'i

∑ hf + ∑ hm

ij

i =1

+

∑

km ij

kmi +

=0

i =1

⋅

l ij ⎤

f ij Dij ⎥⎦

i

⋅

= 0

lij ⎤ Dij ⎥⎦

2 g ⋅ Aij2

=0 (III)

Ecuaciones de Caudal (EC)

32


Formulación Problema Numérico Para Redes Cerradas tendríamos: NU: Numero de Nodos (al menos uno debe tener Cabeza Conocida). Se tienen NU-1 Ecuaciones de Carga (EH), dado que al menos se debe

contar con un Nodo con Carga Conocida. NC: Numero de Mallas o Circuitos. Se tienen NC Ecuaciones de Caudal (EC) dado que se puede plantear una por circuito. L: Numero de Líneas que conforman la Red. Entonces el número de Ecuaciones para resolver la Red, esta dado por:

L = NC + (NU – 1) Problema:

y (NU-1 ) Ecuaciones de Carga. En ambos casos se trata de Ecuaciones No Lineales que requieren procesos iterativos o de convergencia.

Dado que se conocen los diámetros y rugosidades de las tuberías así como las cotas, en realidad se trata de un problema de comprobación de diseño y no de diseño en sí. 33



Página 16


Curso WaterCAD/GEMS

Métodos de Solución 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

Hay 4 formas de reducir las ecuaciones generales a


• • • •

Método de Nodo (NC ecuaciones) Método de Flujo (L ecuaciones) Método de Malla (L-M ecuaciones) Método de Gradiente NC ecuaciones

34


Distribución de Flujo en una Red Simple

Proceso de Balancear Cargas en M. Cross

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

35



Página 17


Curso WaterCAD/GEMS

Historia de la Modelación de Redes de Distribución

Línea V8

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

1930’s

1960’s

Cross Análisis de

n ss e Redes por Hidráulicos Computador para

Flujo Redesen


1970’s

1980’s

1990’s

para la Calidad de

2000’ s

Futuro Modelos Multiplataforma

ModelosAmi ables -----Integración de

Análisis Crítico

mainframes y Agua - Bases datos -SC ADA de mini Dinámicos Modelación ----computador Modelos de Tanque/reservorio Modelos --basados en PC Cinem áticade --Contaminantes Modelos para --la Calidad de Optimización Agua en

Gestión avanzada de datos G.A. Vaciado Unidireccional Integración GIS

Estado Estático 36



Simulación en Estado Estático Configure Ecuaciones ,n esconoc os, n

Entrada

Solución

No

Calcule v, P

Si

Convergencia?

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

Resultados

37



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Curso WaterCAD/GEMS


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



Página 19

II – Construcción Modelos Hidráulicos

Curso WaterCAD/GEMS


Modelos Hidráulicos Datos requeridos para la construcción del Modelo


Uso de Modelos Generalidades

Aplicaciones del Modelo

Inicio del Modelo

Representación de la Red (s k el et on i z at i on )

Uso del Agua (consumo, demanda )

Propiedades de las Tuberías 2

Copyright © 2010 – Bentley Systems Incorporated


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Curso WaterCAD/GEMS

Generalidades de la Simulación 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

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

→

OUTPUT : BASURA

3



Tipos de Simulaciones

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

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



Página 2


Curso WaterCAD/GEMS

Campos de Interacción 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

Modelación = Esfuerzo interdisciplinario 














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

5



Construcción de Modelos Fase 0: Defina el alcance de su proyecto Fase 1: Selección y Aprendizaje del Software ase

:

ons rucc

n opo

g ca

Fase 3: Información de infraestructura Fase 4: Asignación de elevaciones Fase 5: Estimación de demandas Fase 6: Simplificación o esqueletización ase

: scenar os y a erna vas

Fase 8: Ejecución de simulaciones Fase 9: Calibración La modelación es un proceso iterativo y en permanente evolución !! 6



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 0: Defina el alcance 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Operaciones

Ingeniería Los


Alta

Modeladores interactuan con…

Planeación

Tiene identificados a estos actores en su Empresa? 7



Fase 1: Selección del Software

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

8



Página 4


Curso WaterCAD/GEMS

Fase 1: A prenda como usar el so ftware 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

9


Fase 2: Construcción Topológica

10



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 2: Construcción Topológica 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

 

  




Dibujos CAD, Archivos GIS y/o planos en papel Procesos manuales o automáticos o e u er Determine tuberías a ser incluidas Identificadores para nodos y conexiones Verificación en campo Revisión de conectividad

 

Establezca un protocolo interno para futuras construcciones de modelo

Nunca descarte la Información de Planos de Obra! 11


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

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

D i am et er

6”DI50

ID

OD

6.40”

6.9”

6”DI56 48” DI 50

6.04” 6.9” 49.78” 50.8”

48”DI56

48.94”

50.8”

12


Ar ea - N m

A r e a - ID

Ar ea - OD

28.27in

32.17 in 2

37.39 in 2

1809.56 in -

2

2

2 28.65in 1946.25 in2

32.17 in 2 2026.83 in2

1881.13in

2026.83 in2

2


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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 3: Información de infraestructura Representación de Longitud 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

• Real – No de punto a punto • Esquemática vs. Escalada

3D (side view) 5ft

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

• Longitud 3 Dimensional


– Tools > Options > Project > Use 3D Length

3ft 4ft

Length 13


Fase 4: Asignación de Elevaciones

14



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 4: Asignación de Elevaciones 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

• Usadas para convertir gradientes a presiones • Pueden usarse elevaciones del… – Suelo, – Tubería ó – Usuario


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

15


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

545.79’ 58.5 psi

Meter

HGL = 681.00’

538.32’ 61.8 psi

Que referencia usaría usted? 16



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 5: Estimación de demandas 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

17



Fase 5: Estimación de demandas

• • • • • •

Promedio diario anual actual s u os e so e sue o Variaciones y picos temporales Agua no contabilizada – Pérdidas Flujos de incendio Proyecciones Futuras

18



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 5: Estimación de demandas Balance hídrico

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Rendimientos porcentuales ηs =


ηr =

Qs Q

ηg =

Q (inyectado) Eficacia de la gestión

Qi (incontrolado)

Qr

Qr (registrado) Estado de la red

Q

Qif

=1 Q -

Qic (incontrolado consumido)

Eficacia de la medida ica ausenc a de contador)

r

Qs

Qif (fugas)

ice error con a or

Control de acometidas

ηs = ηg η r

Qical (acometidas

Qicai (acometidas

legales)

Q

Ilegales)

suministrado = registrado - incontrolado consumido

19



Fase 5: Estimación de demandas Estimación de uso del agua Uso del suelo Sectorización de la Red Sistema Comercial Lecturas medidores    

Corrección por agua no contabilizada o ac n e on a ores Curva de Error de los Contadores Patrones de Consumo   

20



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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 5: Estimación de demandas Asignación Micro-zonal 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

60 9

A

8

S #

A

77 N

A

80

UR

3096

S #

A

60

4 T $

A

UR

d

3095

3097 AIR

80 45039 FD

A

12 5

OR 3098 M

0 10

U R

T $

T $

T $$ T

FD 076 33872 0 A 10 S 3999 # d

FD A

3102

10 3101 0 FD

A

A 3103 AY TR AS 3105 A 3106 AN LL MI AL GR A

S #

3100

FASE I

A

2982

JO AQ U

N 6 U C AS E

Relación Acometidas – Líneas (Barrido).

d 3108 R $ T 5U A A 12 3110 3002 A 3005 A A 3111 A 3004 3104 AY TR A R A S UR A3112 3000 6 5U A AN 70 A 3114 A 0 12 L U 3003 3027 L I R 3074 A LM 2998 A3116 N A M A T $ 2997 3001 GR 12 O N 1 O A3118 3073 T $ d 5 VA 25 U A T 2099 3 UR AL R R 2995 0 A 3119 N P d 3028 3025 A E A DO N 2993 3120 A 3107 L N A 3024 OR 3026 3071 N 3109 80 A A T29 $ E 8 T 3123 $ 3023 UR S A 0 R 3022 UR U R S # T $ T 125 $ U 12 12 70 R IA D # A T $ S 5 U 3021 5 FD CONVENCIONES RR 00 F d 3113 U 00 S # A 80 R SA A 1 3070 80 Capa Acometidas N A 3047 YO EN S # A 2969 50 3068 A UR LA A A 3018 3115 SA P Codificada 24A 3020 PE Q=0 E 3067 LO A A Z L 2968 E 8 Codificada Q> 0 A A 3117 A 3019 N

3075 A

N

A


ENTORNO GIS: Barrido y Asignación Acometidas C

1:577 UR

d

A

5 12

3050100

FD

FASE II

Distribución Nodal de Consumos.

N

0

UR

d

S #

T $

N

M

D EN Data NNo

Esquema y Ecuaciones de Asignación: n

xn

QD1 =

x2

∑

LT − xi LT

i =1

x1

n A1

A2

A3

An

1

2 LT

QD 2 =

xi

∑L i =1

⋅ Q Ai

⋅ Q Ai

T

21


Fase 5: Estimación de demandas Proyecciones de Demanda

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

1960 1970

1980

1990

22


2000

2010

2020

2030 © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Página 11


Curso WaterCAD/GEMS

Fase 6: Simplificación o esqueletización 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

o eo squee za o


Modelo Original

23



Fase 6: Simplificación o esqueletización

Nivel 1 – Simplificación 

Rastreo y Remoción de Datos (Data Srubbing).

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



24



Página 12


Curso WaterCAD/GEMS

Fase 6: Simplificación o esqueletización Aplicabilidad de la simplificación

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Módulo de Esqueletización


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



Fase 6: Simplificación o esqueletización

Aplicaciones que permiten mayor es ueletonización − Planeamiento maestro − Estudios regionales de calidad de agua − Estudios de consumo de energía − Elaboración de curvas de sistemas

Aplicaciones que requieren mas tuberías. − Diseño − Análisis − Análisis

de calidad de agua contra incendios

26



Página 13


Curso WaterCAD/GEMS

Fase 6: Simplificación o esqueletización NIVEL 1

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

77 Skel1

i) 76 s p (

Skel2

75

e r u s s74 e r P

NIVEL 2

Skel3 Skel4

72

NIVEL 3

0

5

10

15

20

25

Hours

NIVEL 4


NIVELES DE ESQUELETIZACIÓN

) 1 L / g 0.8 m ( l0.6 a u d i0.4 s e 0.2 R e in 0 r lo 0 h C

Skel1 Skel2 Skel3 Skel4

5

10

27

15

20

25

Hours


Fase 7: Escenarios y alternativas

• Escenario = Una Simulación distinta para el mismo modelo. – . – Usa datos de las alternativas.

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

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

28



Página 14


Curso WaterCAD/GEMS

Fase 7: Escenarios y alternativas

Ciclo de escenarios

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Escenario

Construir modelo (Escenario base) Calcular escenario


Revisar

Editar

Alternativas - Topología Activa - Física - Demanda - Config. Inicial - Operacional - Edad - Constituyente - Traza - Flujo de Incendio - Costo e Energ a -Transiente** - PDD - Extensiones de Usuario

Agregar escenario

29



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

MODEL

Output File

30


Input File 1 In ut File 2 Input File 3 Input File 4 Input File 5 Input File 6 Input File 7 Input File 8 Input File 9 . .

Output File 1 Out ut File 2 Output File 3 Output File 4 Output File 5 Output File 6 Output File 7 Output File 8 Output File 9 . .


Página 15


Curso WaterCAD/GEMS

Herencia de los Datos de Modelación WaterCAD/GEMS’s Gestión de Alternativas Physical Alt 2 Base Physical Physical Alt 1

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Physical Alt 3 Alternatives

Base Physical Physical Alt 1 Physical Alt 2 Physical Alt 3


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

=4x

el trabajo de modelación Copy

Copy Copy

C o py Copy

31


Fase 8: Ejecución de Simulaciones Manejo de Alternativas s/n tipo de simulación s

ca

•Topology •Physical •Demand •Initial

a a e gua •Topology •Physical •Demand •Initial •Logical/ •Operation

•Topology •Physical •Demand •Initial •Logical/Operational •Age/Trace •Constituent

32


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

aca o •Topology •Physical •Demand •Initial •Flushing


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Curso WaterCAD/GEMS

Fase 9: Calibración 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Ajustar las características del modelo hidráulico para representar de la mejor

Dispositivos de Medición (Data-Loggers)


Estaciones de Control Telemandadas

33


DEMO Un paseo por WaterCAD/GEMS V8i


Página 17

MODELACIÓN Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN USANDO WATERCAD - WATERGEMS

TALLER 0 – PÁGINA 0-1

Construyendo una red contra incendio a escala Taller 0 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

Usted dibujará el sistema de distribución de agua para una pequeña subdivisión localizada junto a un cerro. Luego alimentará la nueva red a través de un tanque con una elevación de 198 m en la base y de 207 m en el tope.

OBJETIVO: Diseñar todas las tuberías en la subdivisión para que pueda entregar un flujo contra incendio de 63 l/s. Para lograr este objetivo vamos a utilizar los administradores de escenarios y de alternativas disponibles en WaterCAD/GEMS para crear tres distintas simulaciones:

Simulación 1 Se realizará la simulación bajo las condiciones normales de demanda y con los diámetros de tubería actuales. Se asumirá una demanda de 1.3 l/s para todos los nodos y diámetros de 150 mm para todas las tuberías.

Simulación 2 Esta simulación cuenta con evento de incendio que genera una demanda adicional de 63 l/s en el nodo J-6.

Simulación 3 Se modificarán los diámetros srcinales para que la red sea capaz de soportar el caudal de flujo contra incendio con presiones adecuadas en el sistema.


©2010 BENTLEY SYSTEMS, Inc Internet: www.bentley.com/la

– Latin America  Calle 103 No.45A-35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia [email protected]  Email:  T eléfo no: +57 1 6958071



Esquema objetivo 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D





Configuración básica del modelo ®

Ejecute WaterCAD/GEMS . Elija New en el menú File o haga Click en el Icono respectivo. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

®

WaterCAD/GEMS tiene la capacidad de trabajar con varios fluidos a diferentes temperaturas al igual que con diferentes métodos de fricción.

Para definir las opciones de que cálculo, elija la opción encuentra Calculation Options en el menú Analysis o presione [Alt+3] En este diálogo y sus distintas categorías, usted puede configurar estas opciones y otras relativas a la forma de ingreso de los datos. Indique que va a trabajar con agua a 20 grados C y que va a usar la ecuación de Hazen-Williams. El programa dispone de un modulo de librerías que le permitirá guardar entre otros configuraciones y valores de los fluidos de su interés.






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







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

Consejo: Haga un recorrido por las diferentes pestañas que ofrece el cuadro de dialogo Options y familiarícese con la gran cantidad de opciones existentes.

Ahora, elegiremos el archivo DXF que sirve de fondo y representa la geografía de la subdivisión.





Para elegir el archivo DXF que nos servirá de guía para el dibujo, debemos ubicarnos en el lateral izquierdo de la interfaz, en la sección Background Layers. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

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

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


de la barra de herramientas




Antes de iniciar el dibujo de la Red, haremos uso de la herramienta Prototypes, que permite definir los valores por defecto que tendrán los elementos de la Red. Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al menú View y seleccione Prototypes o presione [ctrl. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

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

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


para guardar el archivo.




Dibujo del modelo

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

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


NOTA: MUCHA ATENCIÓN EN LA NUMERACION DE LAS TUBERIAS! Pistas: ®

- Utilice las herramientas de dibujo a la izquierda de la ventana de WaterCAD/GEMS . - No se preocupe por la longitud de la tubería P-1, Ud. la definirá más adelante. - Dibuje el sistema en el orden que determina la numeración de las tuberías en el dibujo - Para seguir el contorno del fondo, agregue quiebres en P-7 y P-4, haciendo click derecho y luego en Bend.





Edición del modelo ®

Con WaterCAD/GEMS Stand-Alone usted puede trabajar en el mismo archivo de forma simultánea con elementos a escala y esquemáticos . Ya que la localización del tanque no es exacta, usaremos una longitud definida por usuario para la tubería P-1 dado que actualmente ha sido calculada según la escala del dibujo DXF. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

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






Ahora modificaremos las características del tanque haciendo click sobre el símbolo del mismo en el dibujo, y revisando los parámetros incluidos en la ventana de propiedades 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

La primera categoría cuyos parámetros debemos definir es la de Rangos Operativos (Operating Range). Para este ejercicio definiremos el tanque por los valores de elevación de su lamina de agua (podríamos hacerlo también por sus niveles en relación a su fondo o base). Por tanto debemos definir las elevaciones de la siguiente manera: - Elev. Base: 198 m (Dato Opcional) - Elev. Mínima: 198 m - Elev. Inicial: 203 m - Elev. Máxima: 207 m

Importante: A partir que el tanque alcance el nivel mínimo, el programa considerará que el tanque está vacío desde el punto de vista hidráulico. Ver Esquema.

Finalmente en la categoría de datos físicos (Physical) definimos al tanque con una Sección Circular y un diámetro de 15 m.

Nota: Verifique en este punto que se encuentre trabajando en unidades del SI.

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


de la barra de herramientas.




Bajo el menú desplegable del botón New, seleccione Initialize Demands for All Elements.

2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

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

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

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





Ahora la tabla del Centro de Control de Demandas, debe mostrar como demanda base 1.3 L/s en todos los nodos. Haga Click en Close para cerrar la tabla.


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

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

Nodo

Elevación (m)

J-1

189

J-2

184

J-3

177

J-4

166

J-5

155

J-6

177

J-7

177

J-8

183

J-9

149

La tabla de uniones debiera visualizarse de la siguiente manera:

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

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





Simulación 1 - Escenario actual


Ahora estamos listos para correr el modelo. Para estos nos desplazaremos al cuadro de dialogo de los escenarios de modelación (Menu Analysis/Scenarios). Para el escenario Base que por defecto ha sido creado, observamos en las opciones de calculo que se trata de un calculo simplemente hidráulico (Hydraulics Only) y el tipo de análisis (Time Analysis Type) es en Estado Estático y no incluye cálculos de calibración, flujo contra incendio, ni calidad del agua.

Haga click en el botón Compute . Cuando la simulación se haya completado, usted verá la ventana de resultados para el escenario actual. Si usted ingresó los datos correctamente, su ventana de resultados se vera de la siguiente manera:


Observamos que no existe ningún de error de cálculo simplemente algún mensaje informativo o de advertencia indicándonos que el tanque como única fuente de este sistema se está vaciando. Haga click en close para salir de esta ventana.





Ahora estamos listos para ver los resultados haciendo uso de los reporte tabulares. Para esto simplemente accedemos al cuadro de dialogo FlexTables y en las tablas predefinidas hacemos doble click e n Junction Table. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

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

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






Simulación 2 – Evento de Incendio En esta simulación vamos a modelar un evento contra incendio en el nodo J-6 del sistema. El caudal necesario para atacar el incendio se ha estimado en 63 l/s. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

Para modelar este escenario adecuadamente vamos a crear una nueva alternativa de demanda basada en la alternativa base con la que se corrió la Simulación 1. Para crear la nueva alterativa, seleccione del menú principal Analysis y luego Alternatives o haga Click en el botón

de la barra de herramientas.

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

New/Child Alternative una vez creada la nueva alternativa la renombraremos haciendo derecho como “Demanda de Incendio en J-6”

click

La nueva alternativa aparece en la jerarquía como “hijo” de la anterior. Esto puede identificarse porque la nueva alternativa se encuentra “desplazada” hacia la derecha. Ahora simplemente haga doble click en la Alternativa Demanda de Incendio en J-6, y seleccionando el nodo J-6 ingrese una demanda de 63 L/s por concepto de caudal de incendio. El cuadro de dialogo debe aparecer de la siguiente forma:






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

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





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


Instantáneamente la ventana de propiedades, nos indicará las alternativas vigentes. Para modificar alternativas en un escenario determinado debe seleccionar la categoría correspondiente a la izquierda del cuadro de dialogo. En este caso seleccionamos la Alternativa de Demanda y seleccionamos del menú desplegable

Demanda de Incendio en J-6. Todas las demás alternativas serán las mismas que para la Simulación 1. Vuelva al cuadro de dialogo de escenarios, para ejecutar la simualcion de este nuevo escenario.






Haga click en el menú desplegable del Botón Compute y seleccione Batch Run… del conjunto de opciones desplegadas.

2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

Con esta herramienta usted puede correr todos o algunos de los escenarios simultáneamente. En este caso solo vamos a correr el escenario nuevo. Active la caja para el escenario Incendio en J-6 y haga click en Batch.

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

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

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

o haciendo click derecho en el

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





Simulación 3 – Incendio con nuevos diámetros


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

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

El cuadro de dialogo debe aparecer de la siguiente forma:






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

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

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





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

2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C

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


Haga click en el menú desplegable del Botón

Compute y seleccione Batch Run… del conjunto de opciones desplegadas.

Selecciones el escenario Incendio en J-6 con diámetros nuevos y haga click en Batch.





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

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

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


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





Resultados Nota: Dado a que utilizamos un dibujo a escala, algunos valores pueden ser levemente diferentes a los de sus compañeros e instructor, pero deben estar muy cercanos. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

Simulación

1

2

3

Escenario

Base

Incendio en J-6

Incendio en J-6 con diámetros nuevos

Presión (Pressure) en J-1 (m H2O) Presión (Pressure) en J-6 (m H2O) Presión (Pressure) en J-9 (m H2O) Gradiente Hidráulico (HGL) en J-5 (m) Velocidad (Velocity) en P-1 (m/s) Velocidad (Velocity) en P-6 (m/s) Descarga (Flow) en P-3 (l/s) Descarga (Flow)en P-7 (l/s) Tubería con mayor gradiente de pérdidas Gradiente de pérdidas de esa tubería (m/km)

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

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

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

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

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






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III – Elementos Especiales en un Modelo Hidráulico

Curso WaterCAD/GEMS


Configuración Topológica Representación de Elementos Singulares en Modelos Hidráulicos © 2008 Bentley Systems, Incorporated


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



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Curso WaterCAD/GEMS

Tanques & Reservorios (Condiciones de Frontera) 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Reservorio  

Volumen infinito Nivel de agua constante*

Tanque


   



Volumen finito Nivel de a ua variable Condiciones Iniciales Pueden tener diversa geometría Modelos de Mezcla

3



Impactos de Tanques y Reservorios • • • • •

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

4



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Curso WaterCAD/GEMS

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

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

• Clasificación: Bombas Volumétricas -- Bombas Rotodinámicas


A. Según la dirección del Flujo - Radiales (Centrífugas) - Helicocentrífugas (Flujo Mixto) B. Según Velocidad - Bombas de Velocidad Fija (BVF - FSP) - Bombas de Velocidad Variable (BVV - VSP) 5



Bombas (Conceptos Generales) • Curvas Características – Carga – – Brake horsepower – NPSH

H

Curva Resistente B

Curva Consigna

A

Q

•

mo e o se ecc ona e p un o e operac n a través de la curva de resistente del sistema y la curva característica de la Bomba.

6



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Curso WaterCAD/GEMS

Representación de la Curva Característica en el Modelo 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

La curva característica de una bomba es usualmente representada como: Donde,


B =

⋅

+

⋅

+

HB = Carga impartida por la3 bomba (m) Q = Caudal Bombeado (m /s) A, B y C = Coeficientes que describen la curva característica.

C es también conocido como carga de apagado.

or o ra par e, a po enc a consum a para una eficiencia conjunta bomba motor ( ) está dada por: 1

P=

⋅

ρ ⋅ g ⋅Q ⋅ H

η 7



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

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



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Curso WaterCAD/GEMS

Puntos clave en la Curva Característica de una Bomba 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Carga de Apagado

Punto de Diseño

Punto Flujo de Máximo


Zona de Máxima Eficiencia Eficiencia

9



Válvulas en Redes de Distribución Las válvulas cumplen un papel fundamental en la gestión de redes de distribución. Entre otras funciones permiten al operador regular caudales y presiones, proteger el sistema frente a sobrepresiones y depresiones, controlar el sentido del flujo, aislar tramos de conducción, entre otros. Clasificación Funcional: 1. Válvulas de Control (Automáticas): Presión, Caudal, Pérdida de

Carga, Nivel Depósitos.

.

vu as

e

egu ac n

Propósito General

oo r za as

:

res n,

aua ,

3. Válvulas de Protección: Alivio Presiones, Sentido del caudal,

Expulsión de Aire

4. Válvulas de Operación: Aislamiento (Todo/Nada).

10



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Curso WaterCAD/GEMS

Tipos de Válvulas en el Modelo • Válvula Reductora de Presión (PRV) - Limita la presión de salida a un valor deseado • Válvula Sostenedora de Presión (PSV) - Mantiene una


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



Estado de Válvulas de Control Variables Fluidas • El usuario puede especificar el estado inicial de – Activa – Cerrada – Inactiva

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

12



Página 6


Curso WaterCAD/GEMS

VÁLVULA REDUCTORA DE PRESIÓN ACTIVA Configur ación = 55

2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C

Demanda = 300

55

70

Q = 300

Control

70


55

65 Q=0

Cerrada

40

55 Q = 300 gpm

Abierta

13



VALVULA SOSTENEDORA DE PRESION ACTIVA Configu ración = 55 Control 55

55

Abierta 70

55

Cerrada 45

55

55

14


69

Demanda = 300 250 gpm

300 gpm gpm

0 gpm


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Curso WaterCAD/GEMS

Hidrantes y Emisores Los Hidrantes son elementos nodales que usualmente tienen un estado “cerrado” y que buscan satisfacer una demanda o caudal de incendio para condiciones operativas determinadas. E cau a en i rantes no es un ato e entra a, sino un resultado de la presión residual existente en dicho punto considerando pérdidas y el coeficiente de emisor definido Los Emisores de Flujo Propiedad asociada al elemento Nodo, que puede ser o no activada. Permiten estimar el caudal de salida en un orificio. El caudal en un emisor varía según el valor . n Q = ke ⋅ P La ecuación del emisor está dada por:


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


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


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TALLER 1 – P ÁGINA 1-1

MODELACIÓN Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA USANDO W ATERCAD - W ATERGEMS

Construcción de una Red incluyendo Bombas, Tanques y Válvulas Taller 1 Objetivo General 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e tit m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

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

P16

J-7

-1 P

R-1

P-1

PMP-1

P-2

P-12

J-8

P -1 3

1

J-1

P-10

J-6

J-5

P-9

4

8 P

1 P

PRV-2

PRV-3

3 P 5 1 -

7 P

P

J-2

P-4

PRV-1

P-5

J-3

P-6

J-4

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

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

Trazar una red e ingresar los datos de los elementos



Configurar prototipos de elementos



Ingresar definiciones de bombas y datos complementarios



Modelar válvulas reductoras de presión (PRVs) y Tanques en una Red

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







Configuración básica del modelo Creación de un nuevo proyecto de WaterCAD/GEMS 2 1 0 -r2 p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

1. En su escritorio, haga Doble click en el ícono de WaterCAD V8i o WaterGEMS V8 i o diríjase al botón de Inicio /Programas/Bentley/ para encontrar el acceso directo. A continuación recibirá la siguiente ventana de bienvenida. 2. Click en Create a New Project. Si la ventana de bienvenida no estuviera abierta seleccione el menú File/New. 3. Una vez el nuevo proyecto haya sido creado, diríjase al menú File/ Save As. Nombre el proyecto comoTaller1_[sus iniciales].WTG y haga click en el botón Save.

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








Definición de Opciones del Proyecto A continuación, será necesario definir algunas opciones generales y de dibujo del proyecto antes de comenzar el dibujo del sistema. 1. Haga click en el MenúTools/Options. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

2. En la pestaña “Units” vaya al menú desplegableReset Defaults y seleccione Sistema Internacional, para asegurarse que este será el sistema de unidades que por defecto adoptará cada parámetro.

3. En este taller trabajaremos en forma esquemática (es decir, la longitud en el dibujo no es la real, pero el esquema es proporcional). Seleccione entoncesla pestaña “Drawing” ydefina el modo de dibujo (Drawing Mode) como esquemático (Schematic) y seleccione los multiplicadores de tamaño de símbolos y anotaciones como10.0 tal y como se ilustra:

4. Finalmente, haga click enOK para aceptar los cambios realizados.

Nota: Al escoger la opción de dibujo como esquemática, esto implicará que usted estará ingresando manualmente las longitudes de la tubería en lugar de usar longitudes escaladas que serían calculadas automáticamente por el programa. ©2010 BENTLEY SYSTEMS, Inc – Latin America Calle 103 No.45 A- 35 2do. Piso - Bogotá D.C., Colombia Internet: www.bentley.com/la Email: [email protected] Teléfono: +57 1 6958071 








Siempre deberá tener en cuenta que al crear nuevos modelos es necesario en primera instancia definir la configuración básica del proyecto. ®

WaterCAD/GEMS tiene la capacidad de trabajar con varios fluidos a diferentes temperaturas al igual que con diferentes métodos de fricción. Para definir las opciones de cálculo, abra el cuadro de diálogo Calculation Options que encuentra en el menú Analysis o presione [Alt+3].

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




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Como se ha anotado, el programa ofrece la posibilidad determinar prototipos para cada uno de los elementos de WaterCAD/GEMS. Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al menúView y seleccione Prototypes. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C

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



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

4.

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


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MODELACIÓN Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN USANDO W ATERCAD - W ATERGEMS

Haga un filtro seleccionando lo siguiente: - Label: Material (Haga doble click sobre Material en la ventana de atributos) - Operator: = - Value: ‘Cast Iron’ (descripción del Material, atributo tipo “String”) Antes de oprimir el botón , verifique que la descripción de la consulta coincida con la figura que se indica a continuación.


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

Haga click en OK, y a continuación en el botónDone

de la herramienta Select.


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6.

Las tuberías incluidas en este conjunto de selección, aparecerán en la ventana Selection Set.


Este filtro o Query va a seleccionar 17 tuberías de hierro fundido que se encuentran en nuestro modelo topológico.

7.

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

8.

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

9.

.

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


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Para esta nueva consulta definimos los criterios de la siguiente manera: - Label: Material (Haga doble click sobre Material en la ventana de atributos) - Operator: = - Value: ‘Ductile Iron’ 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

10. Haga click en OK, y a continuación en el botónDone



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11. En el dialogo de Selection Set, aparecerán las 29 tuberías restantes que tiene el modelo y que corresponden al material Hierro Dúctil. 2 1 0 2 -r p A 4 2 : te a D s la C s to c u d e u c A e d e s n e c i rr a t s o C t. s In : y n a p m o C d e t it m r e P s i e s U t n e d tu S r o f g n ti in r P E T U IB R T IS D T O N O D

Su cuadro de dialogo debe lucir de manera similar a como se ilustra a la derecha.

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


7.

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

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

y

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

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



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9.


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

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

11. Deberá observar un grupo de ajuste con 8 elementos denominado Comercial. Nuevamente haga click en New y nombre en la columnalabel un nuevo grupo de ajuste comoResidencial.

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

Water-GEMS Manual.pdf

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