mode lac ion en epanet

MODELACIN DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA UTILIZANDO EL PROGRAMA EPANETCtedra Ingeniera SanitariaIng. Pablo Oneto

EPANET

Es un programa de ordenador que realiza simulaciones en periodo extendido del comportamiento hidrulico y de la calidad del agua en redes de tuberas a presin. Epanet permite seguir la evolucin: Del

flujo del velocidad)

agua en

las tuberas (caudal,

sentido,

de la presin en los nudos de demanda, nivel del agua en los depsitos y

del

la concentracin de cualquier sustancia a travs del sistema de distribucin durante un periodo prolongado de simulacin.

EPANET

Para obtener las alturas y caudales en un determinado instante se resuelven simultneamente:

las ecuaciones de conservacin del caudal en los nudos las ecuaciones de prdidas en todos los tramos de la red.

Este proceso, conocido como equilibrado hidrulico, requiere el uso de mtodos iterativos para resolver las ecuaciones de tipo no lineal involucradas.

USOS Y APLICACIONES

Diseo y clculo de REDES NUEVAS.

Verificacin y ampliacin de SISTEMAS EXISTENTES.

Estudio de CALIDAD DE AGUA

Control de la OPERACIN DIARIA

DATOS DE ENTRADA

Traza de la red Primaria Identificar todos los componentes de la red: tuberas, nudos, bombas, vlvulas reguladoras, depsitos, tanques.

Cotas topogrficas. Dimetros, longitud, rugosidad de las tuberas. Asignacin de demanda en los nudos. Curva caracterstica de operacin de la bomba. Dimetros y niveles mximo y mnimos para cada deposito.

TRAZADO DE MALLAS

Mallas abiertasa)- Red ramificada

Mallas cerradas

b)- Red mallada

c)- Red mixta

d)- Red mallada, subdividida en sectores

TRAZADO DE MALLAS

Definicin del radio a servir Trazado planimtrico de las mallas Caera perifrica de la zona y luego dividir Criterio mximo 600*600 metros Mnimo 300*300 metros Dimetros mnimos 90 mm (secundarias 63 mm) Ubicacin del tanque (cota mas alta y centro rea servida)

CONDICIONES DE SERVICIO

Presin mnima+16.00

Bombeo obligatorio Presin mxima Presin mnima Alimentacin directa ( por conformidad en planos )

Bombeo obligatorio+8.00

+12.00

Presin mnima Alimentacin directa (por expediente) desde la red Alimentacin directa 0.00

0.00

a)- Presin mnima de 8 m.

b)- Presin mnima mayor a 8 m. Caso de presin mnima 12 m y mxima

OPCIONES HIDRAULICASCaudal (demanda) LPS (litros / seg)LPM (litros / min)MLD (megalitros / da)M3H (metros cbicos / h)M3D (metros cbicos / da) milmetros (mm) metros (m) metros (m)

Unidades de caudalDimetro (Tuberas) Dimetro (Depsitos) Cota

EnergaFactor de Friccin Altura Piezomtrica Longitud Coef. Prdidas Menores Potencia Presin

kilovatios-hora (kWh)adimensional metros (m) metros (m) adimensional kilovatios (kW) metros columna agua (mca)

Coef. Reaccin (Medio)Coef. Reaccin (Pared) Coef. Rugosidad Velocidad Volumen Tiempo de Permanencia Concentracin

1/da (1er orden)masa /metro/da (orden 0)metros / da (1er orden) milmetros (Darcy-Weisbach) adimensional en otro caso metros / segundo (m/s) metros cbicos (m) horas (h) mg/l mg/l

OPCIONES HIDRAULICAS

Formula de perdida de carga

Frmula utilizada para calcular las prdidas de carga en funcin del caudal de paso por la tubera. Las opciones son: Frmula de Hazen-Williams HL = 10.294 * n2 * L * Q2 /d5,33

donde:HL= Q = L = d = n = prdida de carga, en mca caudal, en m3/s longitud de la tubera, en metros dimetro de la tubera, en metros coeficiente de rugosidad de Manning

OPCIONES HIDRAULICASFrmula de Darcy-WeisbachDesde el punto de vista acadmico, la frmula de Darcy-Weisbach es la ms correcta, y es aplicable a todo tipo de lquidos y regmenes.

HLdonde: HL g L d v f Q

= f * l/d * V2/2g = 0.0827 f * L/d2 * Q5= = = = = = = prdida de carga (Longitud) aceleracin de la gravedad (Longitud / tiempo) longitud de la tubera (Longitud) dimetro de la tubera (Longitud) velocidad del flujo (Longitud / tiempo) factor de friccin (adimensional) caudal (Longitud/tiempo)

El factor de friccin es funcin de (e/ d ) y del nmero de Reynolds, donde e es el coeficiente de rugosidad relativa con unidades de longitud. La frmula anterior es vlida para cualquier sistema de unidades coherente.

OPCIONES HIDRAULICASFrmula de Chezy-ManningLa frmula de Hazen-Williams es la ms utilizada. Sin embargo, no puede utilizarse para lquidos distintos del agua, y fue desarrollada originalmente slo para flujo turbulento. HL = 10.674 * L * Q HL Q L d C donde: = = = = =1.852

/ C1.852 * d4.871

prdida de carga, en mca caudal, en m3/s longitud de la tubera, en metros dimetro de la tubera, en metros coef. de rugosidad (factor de Hazen-Williams)

Debido a que cada frmula contempla la rugosidad de las tuberas de forma diferente, el cambio de frmula puede requerir la actualizacin de todos los coeficientes de rugosidad de las tuberas.


Peso Especfico Relativa. Relacin entre la densidad del fluido que circula por la red y la del agua a 4 C (sin unidades). Viscosidad Relativa Relacin entre la viscosidad cinemtica del fluido y la del agua a 20C (1,0 centistokes o bien 0,94 pies2 /da) (sin unidades).


Mximo de Iteraciones Nmero mximo de iteraciones permitido para resolver las

ecuaciones no lineales que gobiernan el sistema hidrulico, encualquier instante de la simulacin. Se sugiere el valor 40.

Precisin Criterio de convergencia utilizado para saber que se ha

encontrado una solucin para el conjunto de ecuaciones no lineales que gobiernan el sistema. Las iteraciones finalizan cuando la suma de todas las variaciones de caudales dividida por la suma de todos los caudales circulantes es menor que este nmero. Se sugiere el valor 0,001.

COMPONENTES DE UNA RED

TUBERAS

Tubera es el tramo que vincula dos nudos de la red.Datos necesarios Dimetro interno Longitud Rugosidad Perdidas localizadas Estado Inicial

CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS

Dimetros Interno


Rugosidad Material Fundicin Hormign Hierro Galvanizado Plstico C - HazenWilliams 130 - 140 120 - 140 120 140 - 150 Darcy-Weisbach (mm) 0,25 0,3 - 3,0 0,15 0,0015 n Manning 0,012 - 0,015 0,012 - 0,017 0,015 - 0,017 0,011 - 0,015

AceroCermica

140 - 150110

0,030,3

0,015 - 0,0170,013 - 0,015

CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS Vlvula de Globo, totalmente abierta Vlvula de ngulo, totalmente abierta Vlvula de Retencin de Clapeta, totalmente abierta Vlvula de Compuerta, totalmente abierta Codo de Radio Pequeo Codo de Radio Mediano Codo de Radio Grande Codo a 45 Codo de Retorno (180) T estndar (flujo recto) T estndar (flujo desviado) Entrada brusca Salida brusca 10,0 5,0 2,5 0,2 0,9 0,8 0,6 0,4 2,2 0,6 1,8 0,5 1,0

Coeficiente de Perdidas Localizadas


Estado Inicial Especifica si la tubera se encuentra inicialmente Abierta, Cerrada o contiene una Vlv. de Retencin. En este ltimo caso, la direccin permitida del flujo ser del Nudo Inicial al Nudo Final.


TUBERAS

Resultados entregados Caudal Velocidad Perdidas Unitarias Estado Calidad


NODOSNudo o nodo es un punto de la red donde se empalman TUBERAS. Ellos son: Conexiones

Reservorios Tanques

CARACTERISITCAS DE LOS NODOS

NODOS Puntos del sistema en los que se quiere conectar dos o ms tuberas.Datos necesarios Cota topogrfica Demanda Base Curva de Demanda Calidad


Demanda Base:

Consumo medio o nominal en el nudo para el principal tipo de consumidor, expresado en las unidades de caudal actuales. Un valor negativo indica que el caudal es entrante al nudo. Si se deja en blanco, el caudal se supone cero.

Tipos de Demanda:

Permite asignar las demandas base y sus curvas de modulacin para los distintos tipos de usuarios considerados en el nudo.


Curva Modulacin Demanda: La Curva de Modulacin empleada para caracterizar la variacin de la demanda en el tiempo, para el principal tipo de consumidor. La curva de modulacin est configurada por los factores que, aplicados sobre la Demanda Base, nos determinan la demanda real en cada instante.160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1 2 3 4 5 6

QE

= Caudal mximo horario.

Caudal m/h

Q

D

= Caudal mximo diario.

7

8

9 10 11 12

13 14 15 16

17 18

19 20 21 22 23 24

Horas


Ejemplo Consideremos un nudo de demanda, con una demanda media de 10 l/s. Supongamos que el intervalo de tiempo se ha establecido en 6 horas, y que la curva de modulacin asociada a dicho nudo es la siguiente:Periodo 1 2 3 4

Multiplicador 0.5

0.8

1

1.2

En tales circunstancias, la variacin temporal de la demanda aplicada en dicho nudo ser:Horas 0-6 6-12 8 12-18 10 18-24 12

Demanda 5


Emisores

Los nudos de caudal pueden tener asociado un Emisor (o hidrante), cuyo caudal de salida depende de la presin. Se emplean para simular: el caudal que sale a travs de un hidrante. Para simular una fuga en una tubera conectada al nudo El caudal de salida esta dado por la siguiente ecuacin: q: C p yq = caudal p = presin C = coeficiente de descarga (proporcionado por el fabricante, valor a cargar) y = exponente de la presin (0.50 para hidrantes, por defecto)


NODOSResultados entregados Demanda Actual Altura total Presin Calidad


EMBALSE Los Embalses son nudos que representan una fuente externa de alimentacin, de capacidad ilimitada, o bien un sumidero de caudal. Se utilizan para modelar elementos como lagos, captaciones desde ros, acuferos subterrneos, o tambin conexiones a otros subsistemas. En ellos el nivel de agua se mantiene constante a lo largo del tiempo.Datos necesarios

Cota del nivel de agua Calidad del agua Curva Modulac. de la Altura

CARACTERISTICAS DEL EMBALSE

Altura Total:

Altura piezomtrica (cota + presin) del agua en el embalse, en metros. Es una propiedad requerida.

Curva Modulac. de la Altura

Identificativo ID de la Curva de Modulacin empleada para caracterizar la variacin de la altura total en el tiempo. Dejar en blanco si no se aplica. Esta propiedad resulta til cuando el embalse representa un punto de conexin a otra red, en el que la variacin de la presin es conocida.


EMBALSEResultados entregados Caudal neto entrante Altura Presin Calidad


TANQUES Depsitos de agua de capacidad limitada. El nivel de agua vara a lo largo del tiempo entre un mximo y un mnimo establecidos.Datos necesarios: la cota de solera el dimetro (o su geometra si no es cilndrico) los niveles inicial, mnimo y mximo del agua la calidad inicial del agua

CARACTERISTICAS DEL DEPOSITO Curva de Cubicacin

La Curva de Cubicacin de un Depsito relaciona el volumen de agua almacenado, en metros cbicos (eje Y), con el nivel de agua en el mismo, en metros (pies) (eje X). Se utiliza, en caso necesario, para representar con mayor precisin el comportamiento de los depsitos cuya seccin transversal vara con la altura.


DEPOSITOResultados entregados Caudal neto entrante Altura de superficie libre Nivel Calidad


BOMBAS Elemento que entrega energa al sistema, incrementando la cota piezomtrica.Datos necesarios: Curva caracterstica H-Q Controles Velocidad Relativa Curva Modulac. Velocidad

CARACTERISTICAS DE UNA BOMBA

Curva Caracterstica

Curva Caracterstica de una Bomba representa la relacin entre la altura comunicada al fluido y el caudal de paso, a su velocidad nominal de giro.


Curva de Un solo Punto: Una curva de un solo punto queda

definida por una nica relacin altura-caudal, que normalmente representar el punto de funcionamiento deseado o nominal de la bomba

Curva de Tres Puntos : Cuando la curva de una bomba se

define mediante tres puntos: un punto de funcionamiento a Caudal Bajo (altura a caudal nulo o a caudal mnimo) un punto de funcionamiento al Caudal de Diseo (caudal y altura nominales de la bomba) y un punto de funcionamiento a Caudal Mximo (caudal y altura a caudal mximo)

Curva Multi-Punto: La curva de una bomba se interpreta comouna curva multipunto si el nmero de pares de valores alturacaudal proporcionados es dos, cuatro o ms de cuatro. EPANET completa en este caso la curva de la bomba uniendo los puntos proporcionados mediante tramos rectos.


Velocidad RelativaVelocidad relativa fijada para la bomba (adimensional). Por ejemplo, una velocidad relativa de 1,2 significa que la velocidad de rotacin de la bomba es un 20 % mayor que su velocidad nominal.

Curva Modulac. VelocidadIdentificativo ID de la Curva de Modulacin empleada para controlar el modo de operacin de la bomba. Los coeficientes de la curva se interpretan como valores de la velocidad relativa. Un coeficiente 0 indica que la bomba est parada durante el intervalo de tiempo correspondiente.


Leyes de Control Simples Las Leyes de Control Simples cambian el estado o la consigna de una de una lnea en base a:

el la el la

nivel de agua en un depsito, presin en un nudo instante de la simulacin hora del da.


Ley de Control LINK 12 CLOSED IF NODE 23 ABOVE 5

Significado Cerrar la Lnea 12 cuando el nivel en el Depsito 23 exceda de 20 pies Abrir la Lnea 12 si la presin en el Nudo 130 cae por debajo de 20 m Fijar la velocidad relativa de la bomba 12 en 1,5 a las 16 horas de la simulacin

LINK 12 OPEN IF NODE 130 BELOW 20

LINK 12 1.5 AT TIME 16

LINK 12 CLOSED AT CLOCKTIME 10 AM LINK 12 OPEN AT CLOCKTIME 8 PM

La Lnea 12 se cerrar a las 10 AM y se abrir a las 8 PM repetidamente a lo largo de la simulacin


Vlvulas Elemento que permite controlar el movimiento del agua dentro de las tuberas, mediante su apertura o cierre.Se pueden clasificar en:

Vlvulas

Reductoras de Presin (PRV) Sostenedora de Presin (PSV) Controladoras de Caudal (FCV) Rotura de Carga (VRC)

CARACTERISTICAS DE UNA VALVULA

Consigna Es un parmetro requerido que indica las condiciones de operacin de la vlvula. Tipo de Vlvula Reductora Sostenedora Rotura Carga Limit. Caudal Regulacin Props. Gral Consigna Presin (m psi) Presin (m psi) Cada de Presin (m psi) Caudal (unidades de caudal) Coef. Prdidas (sin unidades) Identificativo ID de la curva de prdidas


Vlvulas Reductoras y sostenedora de Presin


Vlvulas Controladoras de Caudal (FCV)

TABLAS DE RESULTADO Presentacin de los Resultados mediante Tablas

Una Tabla de Elementos de la Red lista las propiedades y resultados de todos los nudos o lneas de la red, para un instante determinado. Una Tabla de Evolucin lista las propiedades y resultados de un nudo o lnea determinado, para todos los instantes de tiempo.

TABLAS DE RESULTADOEstado de los Nudos de la Red ID Nudo 4 Nudo 5 Nudo 6 Nudo 7 Nudo 8 Nudo 9 Nudo 10 Nudo 11 Nudo 12 Nudo 13 Nudo 14 Nudo 15 Nudo 16 Nudo 17 Nudo 18 Nudo 19 Cota 117,5 117,5 117,22 117,11 117,22 118,66 119,15 118,13 119,1 117,5 118,87 117,59 117,59 119,18 119,13 119,03 Demanda Base 0 0,22 0,13 1,96 0,96 3,72 6,38 3,84 6,47 3,13 4,9 0,23 2,45 4,7 4,55 1,89 Calidad Inicial 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Demanda 0 0,22 0,13 1,96 0,96 3,72 6,38 3,84 6,47 3,13 4,9 0,23 2,45 4,7 4,55 1,89 Altura 144,5 143,6 142,17 141,37 140,86 139,33 143,44 138,27 140,11 136,65 137,28 139,54 142,09 135,81 133,71 131,56 Presin 27 26,1 24,95 24,26 23,64 20,67 24,29 20,14 21,01 19,15 18,41 21,95 24,5 16,63 14,58 12,53 Calidad 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

TABLAS DE RESULTADOEstado de las Lneas de la Red ID Tubera 1 Tubera 2 Tubera 3 Tubera 4 Tubera 5 Tubera 6 Tubera 7 Tubera 8 Tubera 9 Tubera 10 Tubera 11 Tubera 12 Tubera 13 Tubera 14 Tubera 15 Tubera 16 Tubera 17 Tubera 18 Tubera 19 Longitud 324,52 713,45 505,26 35,97 353,54 258,11 253,94 475,99 669,89 473,57 679,32 517,33 685,43 518,23 197,01 698,38 605,45 366,37 606,91 Dimetro Rugosidad 67,8 140 67,8 140 67,8 140 67,8 140 67,8 140 99,4 140 99,4 140 67,8 140 67,8 140 99,4 140 99,4 140 144,6 140 99,4 140 285 140 285 140 99,4 140 67,8 140 67,8 140 67,8 140 Caudal 1,37 1,15 1,02 3,29 1,54 3,2 3,06 1,53 -0,76 -5,66 3,69 -15,83 5,68 -27,88 -68,56 -4,23 -0,79 0,68 0,58 Velocidad 0,38 0,32 0,28 0,91 0,43 0,41 0,39 0,42 0,21 0,73 0,48 0,96 0,73 0,44 1,07 0,54 0,22 0,19 0,16 Prdida Unit. 2,77 2 1,6 14,04 3,44 2,08 1,91 3,39 0,94 5,96 2,71 6,45 6 0,68 3,58 3,47 0,99 0,75 0,56 Estado Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta Abierta

TIPOS DE GRAFICOSTipo de Grfica Curva de Evolucin Descripcin Representa la evolucin de una magnitud con el tiempo Aplicable a Nudos o lneas especficos, para todo el periodo de simulacin Una lista de nudos, para un instante dado Todos los nudos, para un instante dado

Perfil Longitudinal

Representa la variacin de una magnitud con la distancia Mapa de Isolneas Muestra las regiones del espacio en las cuales el valor de la magnitud queda dentro de ciertos intervalos Curva de Representa la fraccin de Todos los nudos o lneas, Distribucin elementos cuya magnitud para un instante dado asociada es igual o inferior a un valor, frente a dicho valor Balance de Representa la variacin de la La demanda de agua para Caudales produccin total y del consumo todos los nudos, y para total del sistema frente al tiempo todo el periodo de simulacin

CURVA DE EVOLUCION

PERFIL LONGITUDINAL

MAPAS DE ISOLINEAS

BALANCE DE CAUDALES

CURVA DE DISTRIBUCION

3

3

4 5 7 6 5 6 8

rea de influencia de cada nudo

4

2

1

2

CALCULO DE LOS CONSUMOS DE LOS NODOS. METODOS DE LAS AREAS

1 AI1

2 AI2

3 Referencias: AII2

AII3

II

Denominacin de la malla Tanque de distribucin

I

II

AI4

AI5

AII5

AII6

Sentido del flujo Nudos

4 AIII4

5 AIII5

6 AIV5

AIV6

3 Aij

Denominacin del nudo Area de influencia de la malla "i" en el nudo "j".

III

IV

AIII7

AIII8

AIV8

AIV9

7

8

9

CALCULO DE LOS CONSUMOS DE LOS NODOS. METODOS DE LAS AREAS

El consumo en un nudo cualquiera y ser igual a:n

Cji 1

A ij * Dotij * Den.ij

donde: i = nmero de mallas que concurren al nudo. Aij = rea de influencia de la malla i en el nudo j. Dot.ij = dotacin aparente correspondiente al rea Aij. Den.ij = Densidad poblacional del rea Aij .

Trabajo Practico N 2 Proyecto de Red de Distribucin de Agua Potable

En el presente trabajo practico se deber realizar los siguientes puntos:Sobre el rea a servir trazar la red primaria, tipo cerrada. Trazado de la caera secundaria, incluyendo ubicacin de vlvula esclusas e hidrantes. Determinacin de la malla ms desfavorable. Calculo hidrulico de la malla ante determinada por el Mtodo Standard Mejorado.


En el presente trabajo practico se deber realizar los siguientes puntos:Sobre el rea a servir trazar la red primaria, tipo cerrada. Trazado de la caera secundaria, incluyendo ubicacin de vlvula esclusas e hidrantes. Determinacin de la malla ms desfavorable. Calculo hidrulico de la malla ante determinada por el Mtodo Standard Mejorado.


Calculo hidrulico utilizando el programa Epanet de la totalidad de la red primaria. Debern presentar: Plano indicando presiones en los nudos y dimetros de las caeras. Plano indicando topografa en los nudos y longitud de las caeras. Plano indicando Base de demanda en los nudos y perdida unitaria de energa de las caeras. Tabla de datos de los nudos incluyendo cota topogrfica, demanda base y presin. Tabla de datos de la caeras incluyendo longitud, dimetro y perdida unitaria de energa.

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