Analisis de Redes de Distribucion Mediante Programas de Computo

Anlisis y Simulacin de Redes de DistribucinAnlisis y Simulacin de Redes de Distribucinde Agua para casos de Emergenciasde Agua para casos de Emergencias

Aplicacin de Programa de CmputoAplicacin de Programa de Cmputo

Ing. Ing. Yuri Yuri Marco Snchez MerloMarco Snchez Merlo

[email protected]@sedapal.com

ProgramasProgramasde Cmputode Cmputo

Programas para la simulacin y anlisis de Programas para la simulacin y anlisis deRedes de Agua Potable y AlcantarilladoRedes de Agua Potable y Alcantarillado

Herramientas de Cmputo para la Prevencin, Deteccin yHerramientas de Cmputo para la Prevencin, Deteccin yRespuesta en situaciones de emergenciaRespuesta en situaciones de emergencia

Sistemas de Informacin Geogrfica Sistemas de Informacin Geogrfica

QuQu es un GIS es un GIS SIG? SIG?

Es un sistema de computacin que utilizainformacin locacional en coordenadas delongitud y latitud, para mapear informacin paramejor anlisis.

Un SIG es importante para diversos Estudios.Un SIG es importante para diversos Estudios.

En el caso de la prevencin en Sistemas de Distribucin de Agua, durante la planificacin sepuede mapear tanto la planimetra de la localidad, mapa de la red de distribucin de agua,mapa de riesgos a desastres naturales u otros.

Con todo ello se puede identificar que componentes del sistema sonvulnerables.

CCmo funciona un SIGmo funciona un SIG

Manzanas y lotes

Red de vas

Red de agua y desage

Mapas de riesgo

Vista Mapa interactivo Mapas de riesgos

Se generan mapas de zonificacin del peligro eidentifican los componentes ms expuestos adiferentes amenazas.

Tablas

Arc Arc View View - GIS - GIS

ANANLISIS Y SIMULACILISIS Y SIMULACIN DE REDES DE DISTRIBUCION DE AGUAN DE REDES DE DISTRIBUCION DE AGUAEl anlisis y simulacin de redes se realiza para investigar la relacin compleja que existe entrelas caractersticas de la red, la demanda de los consumidores (Domstico, comercial, Industrialy pblico), los caudales y cargas en un momento determinado.

Bsicamente se calcula caudales, presiones y valores asociados en un momento determinado,mediante un clculo hidrulico (al modelo matemtico).

Aplicaciones del anlisis y simulacin de redes:

Conocer el comportamiento de los sistemas de distribucin de agua.

Estimacin de niveles de servicio.

Diseo de nuevos sistemas.

Evaluacin dela capacidad de conduccin de la red existente.

Uso eficiente y/o reforzamiento de las redes existentes.

El planeamiento contingente. Solucin de las redes para diferentes escenarios y alternativas.

ANANLISIS DE FLUJO PERMANENTE LISIS DE FLUJO PERMANENTE - - ANANLISIS ESTATICOLISIS ESTATICO

En este tipo de anlisis de flujo permanente se conoce los dimetros de todos los tramos de la red,los niveles en los tanques y las demandas en los nudos, y se busca la distribucin de caudales ypresiones en la red, en condiciones de demanda y niveles constantes.

AANNLISIS DE FLUJO NO PERMANENTE LISIS DE FLUJO NO PERMANENTE - - ANANLISIS DINAMICO - SIMULACILISIS DINAMICO - SIMULACIN DEN DEPERIODOS EXTENDIDOSPERIODOS EXTENDIDOS - - SIMULACISIMULACIN CONTINUA - SIMULACIN CONTINUA - SIMULACIN EN EL TIEMPO.N EN EL TIEMPO.

En una red de agua potable la demanda vara durante el da, y con ello los niveles en los tanques yla operacin de la bomba y se busca la distribucin de caudales y presiones en la red paradiferente instantes del da (Ejemplo cada hora). Se puede decir que un anlisis de flujo nopermanente es una secuencia de estados de flujo permanente con diferentes demandas en cadaestado.

CAUDALES DE DISEO DE UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA

Consumo Mximo

Caudal mximo horario = Qmh

Consumo Contra Incendio

Caudal mximo diario + Caudal contra incendio = Qmd + Qincendio

Consumo Mnimo

Caudal mnimo = Qmn

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

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

0:00

HORA

GA

STO

(lps

)

Caudal hora i

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

Caudal Promedio ( Qp ) = 39 lps

Caudal Mximo ( Qmx) = 67 lps

HoraCoeficiente de

Variacin HorariaCaudal Horario

1:00 K1 Q1 = K1 * Qp2:00 K2 Q2 = K2 * Qp3:00 K3 Q3 = K3 * Qp4:00 K4 Q4 = K4 * Qp5:00 K5 Q5 = K5 * Qp6:00 K6 Q6 = K6 * Qp7:00 K7 Q7 = K7 * Qp8:00 K8 Q8 = K8 * Qp9:00 K9 Q9 = K9 * Qp

10:00 K10 Q10 = K10 * Qp11:00 K11 Q11 = K11 * Qp12:00 K12 Q12 = K12 * Qp13:00 K13 Q13 = K13 * Qp14:00 K14 Q14 = K14 * Qp15:00 K15 Q15 = K15 * Qp16:00 K16 Q16 = K16 * Qp17:00 K17 Q17 = K17 * Qp18:00 K18 Q18 = K18 * Qp19:00 K19 Q19 = K19 * Qp20:00 K20 Q20 = K20 * Qp21:00 K21 Q21 = K21 * Qp22:00 K22 Q22 = K22 * Qp23:00 K23 Q23 = K23 * Qp0:00 K24 Q24 = K24 * Qp

Presin?Presin?Velocidad?Velocidad?

Clculo HidrulicoClculo HidrulicoMtodos de Verificacin

Permiten hallar el flujo real por cada tramo

PredimensionamientoPredimensionamiento de la Red de la RedClculo de los dimetros de los tramos

Clculo de:Clculo de:Velocidad (V) en los tramos.

Presin (P) en los Nudos

Modelamiento delSistema

NoNo

SS

DIAGRAMA DE FLUJO DEL CALCULO DE UNA RED DEDISTRIBUCN DE AGUA

Viene

Va

Programas de CmputoProgramas de Cmputo

PROGRAMAS DE COMPUTO UTILIZADOS EN EL ANALISIS Y DISEPROGRAMAS DE COMPUTO UTILIZADOS EN EL ANALISIS Y DISEO DE REDES DEO DE REDES DEDISTRIBUCION DE AGUADISTRIBUCION DE AGUA

Existen gran cantidad de programas de cmputo para el clculo hidrulico de redes de distribucinde agua desarrollados en diversos pases.

La mayora de los programas que trabajan en entorno Windows, tienen las siguientescaractersticas:

Digitalizacin de los planos de agua potable, incluyendo la planimetra de calles y el trazo de tuberas.

Anlisis Esttico de la red digitalizada.

Anlisis Dinmico de la red digitalizada.

Consideracin de tanques, bombeo, vlvulas reductoras de presin, vlvulas sostenedoras de presin,vlvulas de control de flujo y otros.

Edicin manual de los cruceros.

Isolneas de terreno, presin, elevacin piezomtrica y otros.

Manejo de un nmero ilimitado de tramos y nudos.

Actualizacin de la informacin digitalizada, y edicin de los datos sobre el dibujo en AutoCAD, o ensu propio entorno grfico o en tablas.

Planeamiento contingente (Qu sucedera si?)

Origen Universidad de Kentucky

Estados Unidos

Aplicacin Anlisis Hidrulico - Anlisis de Flujo permanente

Anlisis Hidrulico - Anlisis de Flujo no permanente

Calidad de Agua

Mtodo de solucin Teora Lineal

Entorno MS-DOS

Windows

Componentes Hidrulicos Embalses - Tanques

Vlvulas reductoras y sostenedoras de presin

Bombeo de velocidad fija o variable y otros.

Presentacin de Resultados Por pantalla

Tablas

Grficas

Archivos de texto

Desventaja No disea

Lenguaje de Programacin Lenguaje C

Home page en Internet http://www.engr.uky.edu/CE/KYPIPE

KYPIPE - PIPE2000

Ventana de presentacin delVentana de presentacin delprograma KYPIPE PIPE2000programa KYPIPE PIPE2000

Pipes Standard Version* Professional Version**

50 $195 $395250 $495 $995

1000 $995 $1995

2000-6000 add $250 for each additional

1000 pipesadd $500 for each additional

1000 pipes

Total Modeling Package (KY.TMP) Pricing - DOS Version

Perfil de la lnea de impulsingenerado en el MODULO KYGEMS

Tablas para ingreso de datos yvisualizacin de resultados.

Planimetra y trazado de redes en elMODULO KYCAD

Ventanas de ingreso de datos

IMGENES DE ALGUNASIMGENES DE ALGUNASCARACTERSTICAS DE KYPIPE 2000CARACTERSTICAS DE KYPIPE 2000

Curvas de la bomba.

Clculo del flujo contra incendios.

Origen Enviromental Protection Agency EPA

Estados Unidos

Aplicacin Anlisis Hidrulico - Anlisi de Flujo permanente

Anlisis Hidrulico - Anlisi de Flujo no permanente

Calidad de Agua

Mtodo de solucin Teora Lineal

Entorno MS-DOS

Windows





Tablas

Grficas

Archivos de texto

Ventaja Distribucin Gratuita

Desventaja No disea

Lenguaje de Programacin Lenguaje C

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

EPANET

H2O NETH2O NET

Compaa Compaa Montgomery Montgomery USA USA

Origen Banco Mundial


Mtodo de solucin Mtodo de Hardy Crooss - Mtod de Newton Raphson

Entorno MS-DOS


Vlvulas reductoras de presin

Vlvulas check

Bombeo


Tablas

Grficas (Perfiles)

Desventaja No disea

Lenguaje de Programacin Lenguaje Basic

Home page en Internet http://www.

LOOP

Origen Haestad Methods

Estados Unidos

Entorno Grfico WaterCAD for AutoCAD - CYBERNET

WaterCAD Stand Alone


Anlisis Hidrulico - Anlisi de Flujo no permanente

Calidad de Agua

Mtodo de solucin Mtodo de la Gradiente

Entorno MS-DOS

Windows



Vlvulas check, control de flujo, accesorios



Tablas

Grficas

Archivos de texto

Desventaja No disea - Costoso

Lenguaje de Programacin Lenguaje C - Autolisp

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

WATERCAD

WATERCAD STAND ALONE PROPIO ENTORNO GRAFICO

Menes despegables

OpcionesBarras de herramienta

Ventana de Dibujo

Barras de DesplazamientoBarra de estado

WATERCAD FOR AUTOCAD

CAPTACION

Fuente Subterrnea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIO

RED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad

Lnea de Impulsin

Lnea de AduccinL.C. de agua cruda

Pozo Profundo

Estacin de Bombeo

Fuente superficial

PLANTA DE TRATAMIENTO

L.C. de agua tratada

L.C. por bombeo 24Qb = ----- x Qmd N

Qmd

Qmd

Qmd

QmdQmd

QmhQmd + QciQmn

Qmd + QciQmn

Qmh

Fuente sub -superficial

CAPTACION

DISTRIBUCIONPRODUCCION

SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLEConjunto de estructuras, instalaciones, equipos y servicios; que dar servicio a unapoblacin en forma continua y de buena calidad.

OBRAS DE CAPTACION

OBRAS DE CONDUCCION

OBRAS DE PURIFICACION

OBRAS DE DISTRIBUCION

CODIFICACION DE LA RED MATRIZ

Numeracin de Tramo

Numeracin de Nudos

Reservorio

Leyenda

Tubera a presin TramoTubera a presin Tramo

BombaBomba

Vlvula de Control de FlujoVlvula de Control de Flujo

Vlvula Reductora de PresinVlvula Reductora de Presin

Vlvula Sostenedora de PresinVlvula Sostenedora de Presin

Vlvula Rompedora de PresinVlvula Rompedora de Presin

VVlvulalvula de control de control (I(Impedimentompedimento))

Unin a presin Nudo (N)Unin a presin Nudo (N)

Tanque de almacenamiento (TA)Tanque de almacenamiento (TA)

Reservorio Embalse P.T.Reservorio Embalse P.T.

PROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUAPROTOTIPOS DE LOS COMPONENTES DE UNA RED DE DISTRIBUCION DE AGUA

DE BOMBEOESTACION

CAPTACION TANQUE

CISTERNA

ReservorioX

(m)Y

(m)Elevacin

(m)

R-1 400 900 405

Reservorio : Reservorio : Estructura hidrulica donde elnivel de agua se considera constante. Con estePrototipo se modela: Embalses, plantas detratamiento, captaciones,etc.

FORMATO DE DATOS DEL RESERVORIO

TanqueElevacin

Base (m)

Elevacin Mnima

(m)

Elevacin Inicial

(m)

Elevacin Mxima

(m)

R-1 420 420 425.00 425.00

FORMATO DE DATOS DEL TANQUETanque: Tanque: Estructura hidrulica donde el nivelde agua es variable en el tiempo.

VENTANAS DEINFORMACION DEL TANQUE

FORMATO DE DATOS DE TRAMO TUBERA A PRESIONTramo: Tramo: Tubera a presin que interconectauna estructura hidrulica con otra.

TramoDe

NudoA

NudoLongitud

(m)Dimetro

(mm)Material

Coeficiente de Friccion

T-01 R-01 N-01 800 300 PVC 140

NudoX

(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 NUDOSNudo: Nudo: Prototipo que representa consumo odemanda de agua o un ingreso de agua alsistema.

FORMATO DE DATOS DE BOMBABomba: Bomba: Elemento hidrulico que permiteincrementar presin al sistema.

ESTACION

Nivel Dinmico

Curva de

Motor

Abatimiento

Rejilla

Tubera de descarga

Nudo de ingreso a la Red de Distribucin

Nudo de ingreso a la Red de Distribucin

Bomba (Pump)

Pozo profunda(Reservoir)

Tubera de descarga

Tubera de descarga

Tubera de Cisterna

Nivel Dinmico

Motor

a la Red de DistribucinNudo de ingreso

succin

succinTubera de

succinTubera de

DE BOMBEO ESTACION DE BOMBEO

MODELAMIENTO - BOMBA

Vlvula Reductora de PresinVlvula Reductora de Presin

VRPX

(m)Y

(m)Dmetro

(mm)Elevacin

(m)Gradiente Hidrulico

VRP-1

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

Vlvula Sostenedora de PresinVlvula Sostenedora de Presin

VSPX

(m)Y

(m)Dmetro

(mm)Elevacin

(m)Gradiente Hidrulico

VSP-1

VSP mantiene una presin especificada aguas arriba de la vlvula.

Anlisis de RiesgoAnlisis de Riesgo

Vulnerabilidad del SistemaVulnerabilidad del Sistema

Conocer sus sistemas tanto fsica como operacionalmente

Papel de las EmpresasPapel de las Empresas

PrevencinPrevencin DeteccinDeteccin RespuestaRespuesta

El entendimiento profundo de nuestro sistema es la mejorEl entendimiento profundo de nuestro sistema es la mejorarma de prevencinarma de prevencin

PrevencinPrevencin

Herramientas disponiblesHerramientas disponibles Simulacin en tiempo extendido (EPS) Manejo de escenarios Controles lgicos Calibracin gil manejo

Que significa estar preparados?Que significa estar preparados? Zonificacin de riesgo Disear planes operativos de emergencia Crear escenarios de demanda de emergencia Crear situaciones y soluciones hipotticas Estudios de vulnerabilidad de propagacin

Cuales vlvulas cierro?

Que hidrante utilizo?

Que le suceder a mi sistema?

Cual es la opcin ms efectiva?

Como viaja el contaminante?

Tengo suficiente cloro residual?

Tomar la decisin correctaTomar la decisin correcta

Ajustar demandas

Configurar condiciones iniciales

Determinar escenarios de operacin

Correr modelo

Interpretar resultados

Pasos para la modelacinPasos para la modelacin

Anlisis en perodo extendido

Configuracin de controles

Calibracin del modelo

A tener en cuentaA tener en cuenta

Modelos hidrulicos para respuesta deModelos hidrulicos para respuesta deemergenciaemergencia

DemostracinDemostracin

WaterCADWaterCAD 4.5 4.5

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