Modelacin y Diseo de Sistemas de Riego Usando WATERCAD V8 XM

Construccin de una Red de Riego incluyendo Reservorio y VlvulasTaller 1Objetivo General

Usando el sistema hidrulico de distribucin de agua de riego del proyecto La Zaranda como se muestra en la figura de abajo, construiremos un modelo conteniendo un reservorio, una bomba y una vlvula reductora de presin (VRP).Vamos a llevar a cabo dos simulaciones que nos permitirn analizar el comportamiento del sistema hidrulico de distribucin de agua de riego del proyecto La Zaranda, el primer escenario contar con la demanda de Todos los Turnos, y el segundo tendr una demanda solo que solo corresponder al Turno I.Las tuberas del sistema son de PVC y son prcticamente nuevas ya que estamos efectuando el diseo por lo cual lee asignaremos un coeficiente de rugosidad C (Hanzen-Williams) de 140.

Objetivos Especficos del Taller

Despus de completar este taller, usted deber ser capaz de realizar en WaterCAD

Familiarizarse con la interfaz de WaterCAD

Trazar una red de riegos e ingresar los datos de los elementos

Configurar prototipos de los elementos

Ingresar definicin de bomba y datos complementarios

Modelar vlvula reductora de presin (VRP)Creacin de un nuevo proyecto de WaterCAD

1. En su escritorio, haga Doble click en el icono de WaterCAD V8i o WaterGEMS V8i o dirjase al botn de icono /programas/ Bentley/para encontrar el acceso directo. A continuacin recibir la siguiente ventana de bienvenida.

2. Click en create a New Project. Si la ventana de bienvenida no estuviera abierta seleccione el men File/New.

3. Una vez el nuevo proyecto haya sido creado, dirjase al men file/Save As. Nombre el proyecto como Taller1 _/sus iniciales. WTG y haga click en el botn Save.

Configuracin de las propiedades del proyecto (Opcional).

Un primer paso recomendable ser ingresar las propiedades del proyecto. Aunque esto no es obligatorio, siempre es recomendable agregar informacin relativa y notas adicionales al modelo.

1. Haga click en el Nenu File/Proyect Properties.

2. En el cuadro de dialogo ingrese una informacin ms descriptiva del ttulo que tendr este proyecto, del nombre del ingeniero proyectista, su empresa. Finalmente, tiene un campo de Notas donde puede agregar observaciones que faciliten la revisin del modelo por parte de una tercera persona. Haga click en una vez complete la informacin.

Definicin de Opciones del Proyecto.

A continuacin, ser necesario definir algunas opciones generales y de dibujo del proyecto antes de comenzar el dibujo del sistema.

1. Haga click en el Mwnu tolos/ Options.

2. En la pestaa Unitsvaya al men desplegable Reset Defaults y seleccione sistema internacional, para asegurarse que este ser el sistema de unidades que por defecto adoptara cada parmetro.

3. En este taller trabajaremos en forma esquemtica (es decir, la longitud en el dibujo no es la real, pero el esquema es proporcional).Seleccione entonces la pestaa Drawing y defina el modo de dibujo (Drawing Mode) como esquemtico (Schematic) y seleccione los multiplicadores de tamao de smbolos y anotaciones como 10.0 tal y como se ilustra:

4. Finalmente, haga click en Ok para aceptar los cambios realizados.

Nota: Al escoger la opcin de dibujo como esquemtica, esto implicara que usted estar ingresando manualmente las longitudes de la tubera en lugar de usar longitud escaladas que seran calculadas automticamente por el programa.

Siempre deber tener en cuenta que al crear nuevos modelos es necesario en primera instancia definir la configuracin bsica del proyecto.

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

Para definir las operaciones de clculo, abra el cuadro de dialogo Calculation Options que encuentra en el men Analysis o presione [Alt+3].

Sobre la categora Steady State/EPS Solver (opciones de clculo para rgimen 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 ecuacin de Hazen Williams como mtodo de friccion, y como lquido agua a 20 grados C.

Los valores intrnsecos del fluido proceden de las libreras deingenieria previamente creadas en el programa, pero estas librera puede ser personalizadas por el usuario.

Como se ha notado, el programa ofrece la posibilidad determinar prototipos para cada uno de los elementos de waterCAD.Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al men View y seleccione Prototypes

En esta ventana usted puede determinar prototipos para cada uno de los elementos de WaterCAD/GEMS especificando caractersticas que sern ingresadas por defecto cada vez que sea crear tantos prototipos como sea necesario.

Expanda la categora Pipe, haga click en el botn New para crear el nuevo prototipo (escoja el nombre de sus preferencia) y a continuacin 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 Material. Para hacer esto seleccionaremos material en los parmetros fsicos (physical) y haremos click en el botn ellipsis ,y se desplegara esta nueva ventana con la librera de materiales que la expandir la lista nos mostrara el material Hierro Fundido.

Para seleccionar el material simplemente haga click en el botn .

Note que la rugosidad original para las tuberas de PVC es de 150 segn la librera de ingeniera de WaterCAD. Sin embargo dado que la tubera es casi nueva vamos a cambiar la rugosidad por 140. Esto se realiza en el campo Hazen-Williams C.

Para definir el dametro del Prototipo de tuberas definiremos 100 mm, as mismo definimos como Falsa la pregunta de si la longitud estar definida por el usuario (Has user defined lengt?), con ello establecemos que las longitudes se definirn en la misma rea de dibujo segn el mapa de fondo [Backgroud Layers].

En el men desplegable principal File selecciones Save y Digite Taller1_Lazaranda en el campo File Name para nombrar el archivo. Luego haga click en Save para guardar el archivo.

Construccin del modelo

Dibuje el siguiente sistema de riego con las herramientas de dibujo.

Pistas:

Empiece dibujando los nodos J-1, J-2 hasta J-7, luego nuevamente empiece nuevamente a dibujar los nodos J-8, J-9 hasta J-11, as sucesivamente dibuje todos los nodos, hasta el J-44, tenga mucho cuidado en la numeracin y ubicacin de los nodos segn las parcelas o sub unidades de riego. Luego dibuje las tuberas P-1, P-2, P-3, iniciando del nodo J-16, luego al J-15 al J-11 y finalmente al J-7. Respectivamente.

Finalmente dibuje el Pozo como R-1, la Bomba como PMP-1 y las tuberas P-41 y P-42.

Para ingresar los valores de elevaciones y demanda en nodos podramos hacer uso de distintas herramientas o introducir cada dato a travez de la ventana de propiedades, en este caso haremos uso del centro de control de demandas y de los reportes tabulares. Los datos a usar aparacen en la siguiente tabla:

Datos para los nodos

Nodo

Elevacin (m) (Elevation)

Demanda (L/s) (Base Flow)

J-1

10.00

5.24

J-2

10.00

3.97

J-3

10.50

5.24

J-4

10.50

3.94

J-5

10.50

5.24

J-6

10.50

3.94

J-7

10.75

3.94

J-8

10.00

7.44

J-9

10.25

8.12

J-10

10.50

8.12

J-11

11.00

8.12

J-12

10.50

7.54

J-13

10.50

7.54

J-14

10.75

7.54

J-15

11.75

7.54

J-16

11.50

7.76

J-17

11.75

4.14

J-18

11.75

4.17

J-19

11.50

4.31

J-20

11.50

4.38

J-21

11.50

3.37

J-22

11.50

1.84

Nodo

Elevacin (m) (Elevation)

Demanda (L/s) (Base Flow)

J-23

15.50

8.27

J-24

13.50

8.77

J-25

13.00

8.68

J-26

12.50

4.26

J-27

14.00

5.79

J-28

14.50

5.53

J-29

12.50

5.2

J-30

12.50

3.71

J-31

10.25

4.21

J-32

11.50

6.4

J-33

12.50

8.55

J-34

13.00

10.07

J-35

11.25

7.68

J-36

11.50

7.71

J-37

11.75

1.71

J-38

10.50

6.41

J-39

10.50

3.54

J-40

10.50

3.45

J-41

10.50

3.39

J-42

10.50

2.22

J-43

10.50

4.16

J-44

10.50

3.15

Ejecute el Centro de Control de Demandas (Demand Control Center), que se encuentra como botn en la barra de herramientas o como opcin en el Tools. Luego, bajo el men desplegable del botn New, seleccione Initialize Demands for All Elements.

Para ingresar los valores de demanda nos aseguramos que las unidades estn en litros por segundo.

Para tal fin, haga click con el botn derecho en la columna de demanda (Base Flow) y seleccione Units and FormattingSeleccione del men (l/s) como la unidad de demanda con 2 decimales de presin. Haga click en Ok.

Finalmente introduzca los valores de demanda dados tal como se indica en la figura.

Haga click en el icono de reportes tabulares del men desplegable y seleccione el reporte de nodos (Junction Table). En dicho reporte, ingrese las elevaciones para cada nodo. Asegrese que los nombres de los nodos (J-1, J-2,etc.) coincidan con los indicados en las tablas, as tambin como el orden de los mismos. Paro ordenar la lista de nodos simplemente haga click derecho en la columna Label, y escoja la opcin ordenar (Sort)

Luego de introducir las elevaciones, la tabla de uniones debiera visualizarse de la siguiente manera:

Cierre esta tabla. Vuelva a seleccionar el botn de los reportes tabulares, pero esta vez seleccione Pipe Table y presione OK. En estas tablas ingresara los valores para las tuberas.

Datos para las TuberasTuboDimetro Diameter (mm)TuboDimetro Diameter (mm)TuboDimetro Diameter (mm)TuboDimetro Diameter (mm)

P-1160P-13140P-25110P-37110

P-2160P-14110P-2690P-3890

P-3160P-1590P-27110P-3990

P-4140P-16140P-2890P-4090

P-5140P-17140P-2990P-41140

P-6140P-18140P-30140P-42110

P-7110P-19140P-31110P-4390

P-890P-20140P-32140P-44160

P-990P-21140P-3390P-45160

P-10140P-22160P-3475P-46160

P-11110P-23160P-3575

P-1290P-24140P-36140

Si las tuberas aparecen en un orden diferente al mostrado en la tabla anterior, debe organizarlas para no cometer errores. Para esto, haga click derecho en la columna Label. Luego seleccione Sort y Ascending.

Esta es la tabla que Ud. Debera ver si ha ingresado los datos correctamente:

Para ingresar los valores de las vlvulas reductoras de presin, utilice tambin los reportes tabulares, en este caso seleccionando PRV Report.

Datos para la vlvula reductora de presin

Vlvula

Elevacin (Elevation) (m)Dimetro (Diameter) (mm)Hydraulic Grade Setting (Initial) (m)Direccin de Flujo (Downstream Pipe)Pressure Setting (Initial) (m H2O)

PRV-111.516042.05P-45 --> P-4630.5

A continuacin la tabla personalizada de vlvula con los datos completos.

Es posible, que debe hacer click en el botn Edit , el cual le permite personalizar su tabla y agregar columnas adicionales. En este caso debemos ingresar el gradiente hidrulico de configuracin de la vlvula (Hydraulic Grande Setting). Pregunte al instructor si tiene dudas sobre como editar los reportes tabulares.

Para corregir los sentidos de flujo de las vlvulas, ingrese a la ventana de propiedades de cada una haciendo click en las mismas sobre el dibujo. Y revise donde se define la tubera aguas abajo (Downstream). Este parmetro lo podr encontrar en la categora Las vlvulas tienen sentido desde el nodo Upstream hacia el nodo downstream.

Si la direccin no es la adecuada segn la tabla anterior, cmbiela con la opcin Reverse que aparecen en las men desplegable.

A continuacin deberemos ingresar los datos de la bomba y el reservorio. En el caso de la bomba, la curva caracterstica dada por el fabricante es la siguiente:

Datos para la bomba

Elevacin (m)-25.00

Curva caudal presinDescarga (l/s)

Carga (m)

0.00

96.00

32.00

76.00

47.00

50.00

Para curva de eficienciaDescarga (l/s)

Eficiencia (%)

8.00

30.0

32.00

75.0

47.00

78.0

Para ingresar los datos de la bomba se requiere primero definir las caractersticas de la misma en el administrador general. Desde el men principal desplegable Components, seleccione Pump Definitions.

Haga click en el botn New y nombre a la nueva definicin de bomba como Definicion Bomba 1En la ventana derecha, seleccione el tipo de definicin (Pump Definition Type) en el men desplegable como una definicin de curva de tres puntos Standard (3 Point) e ingrese los datos indicados en la tabla.

El siguiente es el esquema y grafico que debe observarse en el cuadro de dialogo Pump Definitions luego de haber ingresado la informacin:

Dirjase a la pestaa Efficiency y defina en este caso una eficiencia de mltiples puntos (Multiple Efficiency Points) ingresado la informacin como se muestra a continuacin:

Haga click en Close.

Habiendo creado la Definicin Bomba 1, debemos ir al cuadro de propiedades del elemento PMP-1 y en el parmetro Pump Definition seleccionamos la configuracin Definicin Bomba 1.IMPORTANTE: No olvide asignar la elevacin de la bomba, que segn los datos del modelo es de -25 m.

Para realizar la simulacin hidrulica, solo nos resta ingresar la definicin del Reservorio, con base en la siguiente informacin:

Datos para el Reservorio

Nodo

Elevacin (m)

R-1

-25.00

Para ingresar los datos del reservorio haga Click en el smbolo del mismo e incluya en la ventana de propiedades del valor de -25.0 m como la elevacin que tiene la lmina o espejo de agua en dicho reservorio.

Simulacin 1 Demanda de todos los turnos a la vezAhora estamos listos para ejecutar las simulaciones. Dirjase al centro de control de escenarios Men Analysis/ Scenarios.

Como primera medida vamos a renombrar el escenario existe (Base) con el nombre Todos los Turnos.

Este escenario tendr la alternativa de demanda Todos los Turnos, para esto cargamos la ventana de alternativas con Men Analysis/ Alternatives.

Para el escenario Todos los Turnos creado, verificamos en las opciones de clculo (Calculations Options) para rgimen permanente, que se trata de un clculo hidrulico bsico (Hydraulics Only) y que el tipo de anlisis (Time Analysis Type) es en Estado Esttico.

Haga Click en los botones Validate y Compute respectivamente, revise y compare los resultados para esta simulacin. En la ventana Calculation Summary podr observar si se present algn error en el clculo.

Nota: Al verificar resultados, recuerde que los reportes tabulares son personalizables, y pueden agregarse los parmetros de entrada y resultados de su preferencia.

Simulacin 2 Demanda en el Turnos - 1Ahora efectuaremos la simulacin hidrulica solo para el Turno - 1, por lo cual la demanda solo se considera en los nodos J-1, J-2, J-3, J-4, J-5, J-6 y J-7, con los valores ya ingresados, para el resto de los nodos es decir desde J-8 hasta J-44 se considerar como cero. Definiremos una alternativa de demanda diferente para crear un nuevo escenario para esta simulacin.

Para crear una nueva alternativa, vaya a la ventana de administracin de alternativas haciendo Click en el botn o seleccionando Alternatives en el men principal Analysis.

Seleccione y expanda la Alternativa de Demanda (Demand Allternative) en el rbol de alternativas tal y como lo indica esta pantalla.

Al expandir las alternativas de demanda observar la existente Todos los Turnos, Seleccionando esta alternativa hacemos click en el botn derecho del mouse y seleccione New y luego Add Child una vez creada la nueva alternativa la renombraremos haciendo click derecho como Turno - I

La nueva alternativa aparece en la jerarqua como hijo de la anterior y ha heredado todos los valores de demanda de sus padre.

Esto puede identificarse porque la nueva alternativa se encuentra desplazada hacia la derecha.

Ahora simplemente haga doble click en la Alternativa Demanda de Turno-I, y edite la demanda de los nodos J-8 hasta J-44 como cero y deje las demandas de los nodos J-1 hasta J-7.

La tabla de demanda en las uniones, debiera aparecer de la siguiente forma:

Haga click en el botn Close para cerrar esta ventana.

Ahora cree un nuevo escenario hijo para incorporar esta alternativa de demanda. Seleccione Scenarios del men principal desplegable Analysis, o simplemente haga click en el botn de la barra de herramientas.

Seleccionando el escenario Todos los Turnos, haga click en el botn derecho de sus Mouse, y seleccione New/Chid Scenario.

Nombre el nuevo escenario como Turno I para describir su simulacin.

De momento, este nuevo escenario ha heredado las alternativas que conformaban al escenario padre. Para modificar esta configuracin y asignar diferente (s) tipos de alternativas, simplemente debemos hacer click en el escenario Turno I e ir a la ventana de Propiedades que nos indica las alternativas vigentes para este escenario.

Para modificar alternativas en un escenario determinado debe seleccionar la categora correspondiente a la izquierda del cuadro de dialogo.

En este caso seleccionamos la Alternativa de Demanda y seleccionamos del men desplegable Turno I.Todas las dems alternativas sern las mismas que para la primera simulacin.

Vuelva al cuadro de dialogo de escenarios, para ejecutar la simulacin de este nuevo escenario.

Haga click en el men desplegable del botn Compute y seleccione Batch Run del conjunto de opciones desplegadas.

Con esta herramienta usted puede correr todos o algunos de los escenarios simultneamente. En este caso solo vamos a correr este nuevo y ultimo escenario que hemos creado.

Active la caja para el escenario Turno-I y haga click en Batch.Se le presentara con un mensage de confirmacin, haga click en Yes. Luego obtendr un mensaje de finalizacin. Haga click en Ok.

Revise los resultados para esta simulacin. Asegrese que el nuevo escenario Turno I se encuentra activo. Para esto simplemente debe en la ventana de escenarios seleccionar el escenario Turno I y hacer click en el botn (Make Current).

Tabla de Reporte de Nodos

Tabla de Reporte de Tuberas

Resultados Simulacin12

EscenarioTodos los TurnosTurno I

Gradiente Hidrulico J-1 (m)(Calculated Hydraulic Grade)

Gradiente Hidrulico J-7 (m)

(Calculated Hydraulic Grade)

Gradiente Hidrulico J-16 (m)

(Calculated Hydraulic Grade)

Presin de Descarga PMP -1

Pressure Dischange (m H2O)

Discusin Por qu es importante el uso de la vlvula PRV- 1, que funcin o elemento se simula en este modelo y en qu condiciones iniciales podra estar?.Qu cantidad de flujo bombea por la bomba PMP-1 en las simulaciones 1 y 2 respectivamente?.Qu nodos presentan la mayor y menor presin en las simulaciones 1 y 2 respectivamente?.

Qu tubera presenta las mayores prdidas por friccin m/km en el Turno I?.Jos Arapa Q.

Taller 1 Pgina 22