Aplicación de Programa de Cómputo

(1)

Análisis y Simulación de Redes de Distribución

de Agua para casos de Emergencias

Aplicación de Programa de Cómputo

Ing.

Yuri

Marco Sánchez Merlo

Programas

de Cómputo

•

• Programas para la simulación y análisis de

Programas para la simulación y análisis de

Redes de Agua Potable y Alcantarillado

Herramientas de Cómputo para la Prevención, Detección y

Respuesta en situaciones de emergencia

•

(3)

¿

Qu

é

es un GIS

–

SIG?

Es un sistema de computación que utiliza

información locacional en coordenadas de

longitud y latitud, para mapear información para

mejor análisis.

Un SIG es importante para diversos Estudios.

En el caso de la prevención en Sistemas de Distribución de Agua, durante la planificación se

puede mapear tanto la planimetría de la localidad, mapa de la red de distribución de agua,

mapa de riesgos a desastres naturales u otros.

Con todo ello se puede identificar que componentes del sistema son

vulnerables.

C

ó

mo funciona un SIG

Manzanas y lotes

Red de vías

Red de agua y desagüe

(4)

Vista – Mapa interactivo

Mapas de riesgos

Se generan mapas de zonificación del peligro e

identifican los componentes más expuestos a

diferentes amenazas.

Tablas

Arc

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

AN

Á

LISIS Y SIMULACI

Ó

N DE REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA

El análisis y simulación de redes se realiza para investigar la relación compleja que existe entre

las características de la red, la demanda de los consumidores (Doméstico, comercial, Industrial

y público), los caudales y cargas en un momento determinado.

Básicamente se calcula caudales, presiones y valores asociados en un momento determinado,

mediante un cálculo hidráulico (al modelo matemático).

Aplicaciones del análisis y simulación de redes:

•Conocer el comportamiento de los sistemas de distribución de agua.

•Estimación de niveles de servicio.

•Diseño de nuevos sistemas.

•Evaluación dela capacidad de conducción de la red existente.

•Uso eficiente y/o reforzamiento de las redes existentes.

(10)

AN

Á

LISIS DE FLUJO PERMANENTE

-

AN

Á

LISIS ESTATICO

En este tipo de análisis de flujo permanente se conoce los diámetros de todos los tramos de la red,

los niveles en los tanques y las demandas en los nudos, y se busca la distribución de caudales y

presiones en la red, en condiciones de demanda y niveles constantes.

A

N

Á

LISIS DE FLUJO NO PERMANENTE

-

AN

Á

LISIS DINAMICO - SIMULACI

Ó

N DE

PERIODOS EXTENDIDOS

-

SIMULACI

Ó

N CONTINUA - SIMULACI

Ó

N EN EL TIEMPO.

En una red de agua potable la demanda var ía durante el día, y con ello los niveles en los tanques y

la operación de la bomba y se busca la distribución de caudales y presiones en la red para

diferente instantes del día (Ejemplo cada hora). Se puede decir que un análisis de flujo no

permanente es una secuencia de estados de flujo permanente con diferentes demandas en cada

estado.

(11)

CAUDALES DE DISEÑO DE UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA

ØConsumo Máximo

Caudal máximo horario = Q_mh ØConsumo Contra Incendio

Caudal máximo diario + Caudal contra incendio = Q_md+ Q_incendio ØConsumo Mínimo

Caudal mínimo = Q_mín

CURVA DE VARIACIONES HORARIAS DE CONSUMO DOMESTICO

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 HORA GASTO (lps) Caudal hora i

Coeficiente de variación horaria (Ki) = --- Caudal Promedio

Caudal Promedio ( Qp ) = 39 lps

Caudal Máximo ( Qmáx) = 67 lps

Hora Coeficiente de

Variación Horaria Caudal Horario

1:00 K1 Q1 = K1 * Qp 2:00 K2 Q2 = K2 * Qp 3:00 K3 Q3 = K3 * Qp 4:00 K4 Q4 = K4 * Qp 5:00 K5 Q5 = K5 * Qp 6:00 K6 Q6 = K6 * Qp 7:00 K7 Q7 = K7 * Qp 8:00 K8 Q8 = K8 * Qp 9:00 K9 Q9 = K9 * Qp 10:00 K10 Q10 = K10 * Qp 11:00 K11 Q11 = K11 * Qp 12:00 K12 Q12 = K12 * Qp 13:00 K13 Q13 = K13 * Qp 14:00 K14 Q14 = K14 * Qp 15:00 K15 Q15 = K15 * Qp 16:00 K16 Q16 = K16 * Qp 17:00 K17 Q17 = K17 * Qp 18:00 K18 Q18 = K18 * Qp 19:00 K19 Q19 = K19 * Qp 20:00 K20 Q20 = K20 * Qp 21:00 K21 Q21 = K21 * Qp 22:00 K22 Q22 = K22 * Qp 23:00 K23 Q23 = K23 * Qp 0:00 K24 Q24 = K24 * Qp

(12)

¿Presión?

¿Velocidad?

Cálculo Hidráulico

Métodos de Verificación

Permiten hallar el flujo real por cada tramo

Predimensionamiento

de la Red

Cálculo de los diámetros de los tramos

Cálculo de:

Velocidad (V) en los tramos. Presión (P) en los Nudos

Modelamiento del Sistema

No

Sí

DIAGRAMA DE FLUJO DEL CALCULO DE UNA RED DE

DISTRIBUCÍÓN DE AGUA

Viene

Va

Programas de Cómputo

(13)

PROGRAMAS DE COMPUTO UTILIZADOS EN EL ANALISIS Y DISE

Ñ

O DE REDES DE

DISTRIBUCION DE AGUA

Existen gran cantidad de programas de cómputo para el cálculo hidráulico de redes de distribución

de agua desarrollados en diversos países.

La mayoría de los programas que trabajan en entorno Windows, tienen las siguientes

características:

•Digitalización de los planos de agua potable, incluyendo la planimetría de calles y el trazo de tuberías.

•Análisis Estático de la red digitalizada.

•Análisis Dinámico de la red digitalizada.

•Consideración de tanques, bombeo, válvulas reductoras de presión, válvulas sostenedoras de presión,

válvulas de control de flujo y otros.

•Edición manual de los cruceros.

•Isolíneas de terreno, presión, elevación piezométrica y otros.

•Manejo de un número ilimitado de tramos y nudos.

•Actualización de la información digitalizada, y edición de los datos sobre el dibujo en AutoCAD, o en

su propio entorno gráfico o en tablas.

(14)

Origen

Universidad de Kentucky

Estados Unidos

Aplicación

Análisis Hidráulico - Análisis de Flujo permanente

Análisis Hidráulico - Análisis de Flujo no permanente

Calidad de Agua

Método de solución

Teoría Lineal

Entorno

MS-DOS

Windows

Componentes Hidráulicos

Embalses - Tanques

Válvulas reductoras y sostenedoras de presión

Bombeo de velocidad fija o variable y otros.

Presentación de Resultados

Por pantalla

Tablas

Gráficas

Archivos de texto

Desventaja

No diseña

Lenguaje de Programación

Lenguaje C

Home page en Internet

http://www.engr.uky.edu/CE/KYPIPE

KYPIPE - PIPE2000

Ventana de presentación del

programa KYPIPE – PIPE2000

P i p e s Standard Version* Professional Version**

50 $195

$395

250 $495

$995

1000

$995

$1995

2000-6000

add $250 for each additional

1000 pipes

add $500 for each additional

1000 pipes

(15)

Perfil de la línea de impulsión

generado en el MODULO KYGEMS

Tablas para ingreso de datos y

visualización de resultados.

Planimetría y trazado de redes en el

MODULO KYCAD

(16)

Ventanas de ingreso de datos

IMÁGENES DE ALGUNAS

CARACTERÍSTICAS DE KYPIPE 2000

Curvas de la bomba.

Cálculo del flujo contra incendios.

(17)

Origen Enviromental Protection Agency EPA Estados Unidos

Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo no permanente Calidad de Agua

Método de solución Teoría Lineal

Entorno MS-DOS

Windows

Componentes Hidráulicos Embalses - Tanques

Válvulas reductoras y sostenedoras de presión Bombeo de velocidad fija o variable y otros.

Presentación de Resultados Por pantalla Tablas Gráficas Archivos de texto

Ventaja Distribución Gratuita

Desventaja No diseña

Lenguaje de Programación Lenguaje C

Home page en Internet http://www.epa.gov

(18)

H2O NET

Compañía

(19)

Origen Banco Mundial

Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente

Método de solución Método de Hardy Crooss - Métod de Newton Raphson

Entorno MS-DOS

Válvulas reductoras de presión Válvulas check

Bombeo

Presentación de Resultados Por pantalla Tablas

Gráficas (Perfiles)

Desventaja No diseña

Lenguaje de Programación Lenguaje Basic

Home page en Internet http://www.

(20)

(21)

Origen Haestad Methods Estados Unidos

Entorno Gráfico WaterCAD for AutoCAD - CYBERNET WaterCAD Stand Alone

Aplicación Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo permanente Análisis Hidráulico - Análisi de Flujo no permanente Calidad de Agua

Método de solución Método de la Gradiente

Entorno MS-DOS

Windows

Válvulas reductoras y sostenedoras de presión Válvulas check, control de flujo, accesorios Bombeo de velocidad fija o variable y otros.

Presentación de Resultados Por pantalla Tablas Gráficas Archivos de texto

Desventaja No diseña - Costoso

Lenguaje de Programación Lenguaje C - Autolisp

Home page en Internet http://www.haestad.com

(22)

WATERCAD STAND ALONE – PROPIO ENTORNO GRAFICO

Menúes despegables

Opciones

Barras de herramienta

Ventana de Dibujo

Barras de Desplazamiento

Barra de estado

(23)

(24)

CAPTACION

Fuente Subterránea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIO

RED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad Línea de Impulsión Línea de Aducción L.C. de agua cruda Pozo Profundo

Estación de Bombeo

Fuente superficial

PLANTA DE TRATAMIENTO

L.C. de agua tratada L.C. por bombeo 24 Qb = --- x Qmd N Qmd Qmd Qmd Qmd Qmd Qmh Qmd + Qci Qmín Qmd + Qci Qmín Qmh

Fuente sub -superficial

CAPTACION

DISTRIBUCION

PRODUCCION

SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

Conjunto de estructuras, instalaciones, equipos y servicios; que dará servicio a una

población en forma continua y de buena calidad.

OBRAS DE CAPTACION OBRAS DE CONDUCCION OBRAS DE PURIFICACION OBRAS DE DISTRIBUCION

(25)

CODIFICACION DE LA RED MATRIZ

Numeración de Tramo

Numeración de Nudos Reservorio

(26)

Tubería a presión – Tramo

Bomba

Válvula de Control de Flujo

Válvula Reductora de Presión

Válvula Sostenedora de Presión

Válvula Rompedora de Presión

V

álvula

de control

(I

mpedimento

)

Unión a presión – Nudo (N)

Tanque de almacenamiento (TA)

Reservorio – Embalse – P.T.

PROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA

(27)

DE BOMBEO ESTACION CAPTACION _TANQUE

(28)

Reservorio

X

(m)

Y

(m)

Elevación

(m)

R-1

400

900

405 Reservorio :

Reservorio :

Estructura hidráulica donde el

nivel de agua se considera constante. Con este

Prototipo se modela: Embalses, plantas de

tratamiento, captaciones,etc.

(29)

Tanque

Elevación

Base

(m)

Elevación

Mínima

(m)

Elevación

Inicial

(m)

Elevación

Máxima

(m)

R-1

420

425.00

425.00 FORMATO DE DATOS DEL TANQUE

Tanque:

Estructura hidráulica donde el nivel

de agua es variable en el tiempo.

(30)

VENTANAS DE

(31)

FORMATO DE DATOS DE TRAMO – TUBERÍA A PRESION

Tramo:

Tubería a presión que interconecta

una estructura hidráulica con otra.

Tramo

De

Nudo

A

Nudo

Longitud

(m)

Diámetro

(mm)

Material

Coeficiente

de Friccion

T-01

R-01

N-01

800

300 PVC

140

(32)

Nudo

X

(m)

Y

(m)

Cota de

Terreno

(m)

Caudal de

Influencia

(lps)

N-01

400

900

405 N-02

0

900

400

8.40 FORMATO DE DATOS DE LOS NUDOS

Nudo:

Prototipo que representa consumo o

demanda de agua o un ingreso de agua al

sistema.

(33)

FORMATO DE DATOS DE BOMBA

Bomba:

Elemento hidráulico que permite

incrementar presión al sistema.

(34)

ESTACION Nivel Dinámico Curva de Motor Abatimiento Rejilla Tubería de descarga Nudo de ingreso a la Red de Distribución Nudo de ingreso a la Red de Distribución Bomba (Pump) Pozo profunda (Reservoir) Tubería de descarga Tubería de descarga Tubería de Cisterna Nivel Dinámico Motor a la Red de Distribución Nudo de ingreso succión succión Tubería de succión Tubería de DE BOMBEO ESTACION DE BOMBEO

MODELAMIENTO - BOMBA

(35)

Válvula Reductora de Presión

VRP X (m) Y (m) Dámetro (mm) Elevación (m) Gradiente Hidráulico VRP-1

VRP son usadas para separar zonas de presión, estas válvulas previenen que la presión aguas abajo excedan un nivel de presión establecida.

(36)

Válvula Sostenedora de Presión

VSP X (m) Y (m) Dámetro (mm) Elevación (m) Gradiente Hidráulico VSP-1

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Análisis y Simulación de Redes de Distribución

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de Agua para casos de Emergencias

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