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Anlisis y Simulacin de Redes de DistribucinAnlisis y Simulacin de Redes de Distribucin
de Agua para casos de Emergenciasde Agua para casos de EmergenciasAplicacin de Programa de CmputoAplicacin de Programa de Cmputo
Ing.Ing. YuriYuri Marco Snchez MerloMarco Snchez Merlo
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ProgramasProgramasde Cmputode Cmputo
Programas para la simulacin y anlisis deProgramas para la simulacin y anlisis de
Redes de Agua Potable y AlcantarilladoRedes de Agua Potable y Alcantarillado
Herramientas de Cmputo para la Prevencin, Deteccin yHerramientas de Cmputo para la Prevencin, Deteccin y
Respuesta en situaciones de emergenciaRespuesta en situaciones de emergencia
Sistemas de Informacin GeogrficaSistemas de Informacin Geogrfica
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QuQu es un GISes un GIS SIG?SIG?
Es un sistema de computacin que utiliza
informacin locacional en coordenadas delongitud y latitud, para mapear informacin para
mejor 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
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Vista Mapa interactivo Mapas de riesgos
Se generan mapas de zonificacin del peligro eidentifican los componentes ms expuestos a
diferentes amenazas.Tablas
ArcArc ViewView - GIS- GIS
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ANANLISIS Y SIMULACILISIS Y SIMULACIN DE REDES DE DISTRIBUCION DE AGUAN DE REDES DE DISTRIBUCION DE AGUA
El 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.
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ANANLISIS DE FLUJO PERMANENTELISIS 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 PERMANENTELISIS 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 y
la 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 no
permanente es una secuencia de estados de flujo permanente con diferentes demandas en cada
estado.
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CAU DA LES DE DISE O D E UN A RED D E DISTRIBU CION DE AGU A
Consumo Mximo
Caudal mximo horario = Qmh
Consumo Contra Incendio
Caudal mximo diario + Caudal contra incendio = Q md + QincendioConsumo 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
10:00
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 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 * 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
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Presin?Presin?Velocidad?Velocidad?
Clculo HidrulicoClculo HidrulicoMtodos de Verificacin
Permiten hallar el flujo real por cada tramo
PredimensionamientoPredimensionamiento de la Redde la RedClculo de los dimetros de los tramos
Clculo de:Clculo de:Velocidad (V) en los tramos.
Presin (P) en los Nudos
Modelamiento del
Sistema
NoNo
SS
DIAGRAM A D E FLUJO D EL CA LCULO DE UN A RED D ED ISTRIBU CN DE AGUA
Viene
Va
Programas de CmputoProgramas de Cmputo
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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 siguientes
caractersticas:
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?)
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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 del
programa KYPIPE PIPE2000programa KYPIPE PIPE2000
Pip es Standard Version* Professional Version**
50 $195 $395
250 $495 $995
1000 $995 $1995
2000-6000add $250 for each additional
1000 pipes
add $500 for each additional
1000 pipes
Total Modeling Package (KY.TMP) Pricing - DOS Version
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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
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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.
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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
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
Ventaja Distribucin Gratuita
Desventaja No disea
Lenguaje de Programacin Lenguaje C
Home page en Internet http://www.epa.gov
EPANET
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H2O NETH2O NET
CompaaCompaa MontgomeryMontgomery USAUSA
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Origen Banco Mundial
Aplicacin Anlisis Hidrulico - Anlisi de Flujo permanente
Mtodo de solucin Mtodo de Hardy Crooss - Mtod de Newton Raphson
Entorno MS-DOS
Componentes Hidrulicos Embalses - Tanques
Vlvulas reductoras de presinVlvulas check
Bombeo
Presentacin de Resultados Por pantalla
Tablas
Grficas (Perfiles)
Desventaja No disea
Lenguaje de Programacin Lenguaje Basic
Home page en Internet http://www.
LOOP
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Origen Haestad Methods
Estados Unidos
Entorno Grfico WaterCAD for AutoCAD - CYBERNET
WaterCAD Stand Alone
Aplicacin Anlisis Hidrulico - Anlisi de Flujo permanente
Anlisis Hidrulico - Anlisi de Flujo no permanenteCalidad de Agua
Mtodo de solucin Mtodo de la Gradiente
Entorno MS-DOS
Windows
Componentes Hidrulicos Embalses - Tanques
Vlvulas reductoras y sostenedoras de presin
Vlvulas check, control de flujo, accesorios
Bombeo de velocidad fija o variable y otros.
Presentacin de Resultados Por pantallaTablas
Grficas
Archivos de texto
Desventaja No disea - Costoso
Lenguaje de Programacin Lenguaje C - Autolisp
Home page en Internet http://www.haestad.com
WATERCAD
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W A TERCA D STA N D A LON E PROPIO EN TORN O GRAFICO
Menes despegables
OpcionesBarras de herramienta
Ventana de Dibujo
Barras de DesplazamientoBarra de estado
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W ATERCAD FOR AU TOCAD
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CAPTACION
Fuente Subterrnea
DE AGUA CRUDA
RESERVORIO
RED DE DISTRIBUCION
CAPTACION
L.C. por gravedad
Lnea de Impulsin
Lnea de Aduccin
L.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
SISTEM A S DE A BA STECIM IENT O DE A GUA POTA BLE
Conjunto de estructuras, instalaciones, equipos y servicios; que dar servicio a unapoblacin en forma continua y de buena calidad.
OBRAS DE CAPTACION
OBRAS DE CONDU CCION
OBRAS DE PURIFICACION
OBRAS D E DISTRIBUCION
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CODIFICACION DE LA RED M A TRIZ
Numeracin de Tramo
Numeracin de Nudos
Reservorio
Leyenda
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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 controlde 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
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DE BOMBEO
ESTACION
CAPTACION TANQUE
CISTERNA
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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 de
tratamiento, captaciones,etc.
FORM A TO D E D A TOS D EL RESERVORIO
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Tanque ElevacinBase
(m)
ElevacinMnima
(m)
ElevacinInicial
(m)
ElevacinMxima
(m)
R-1 420 420 425.00 425.00
FO RM A T O D E D A T O S D EL T A N Q U E
Tanque:Tanque: Estructura hidrulica donde el nivelde agua es variable en el tiempo.
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VENTA NA S DEINFORM A CION DEL TA NQUE
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FORM A TO D E DA TOS DE TRA M O TUB ERA A PRESION
Tramo:Tramo: Tubera a presin que interconectauna estructura hidrulica con otra.
TramoDe
NudoA
NudoLongitud
(m)Dimetro
(mm)Material
Coeficientede Friccion
T-01 R-01 N-01 800 300 PVC 140
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NudoX
(m)
Y
(m)
Cota deTerreno
(m)
Caudal deInfluencia
(lps)
N-01 400 900 405
N-02 0 900 400 8.40
FO RM A TO D E D A TO S D E LOS N U D O S
Nudo:Nudo: Prototipo que representa consumo odemanda de agua o un ingreso de agua alsistema.
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FO RM A T O D E D A T O S D E B O M B A
Bomba:Bomba: Elemento hidrulico que permiteincrementar presin al sistema.
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ESTACION
Nivel Dinmico
Curva de
Motor
Abatimiento
Rejilla
Tubera de descarga
Nudo de ingresoa la Red de Distribucin
Nudo de ingreso
a la Red de Distribucin
Bomba (Pump)
Pozo profunda(Reservoir)
Tubera de descarga
Tubera de descarga
Tubera deCisterna
Nivel Dinmico
Motor
a la Red de DistribucinNudo de ingreso
succin
succinTubera de
succinTubera de
DE BOMBEOESTACION
DE BOMBEO
M O D ELA M IEN T O - B O M B A
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Vlvula Reductora de PresinVlvula Reductora de Presin
VRPX
(m)Y
(m)Dmetro
(mm)Elevacin
(m)GradienteHidrulico
VRP-1
VRP son usadas para separar zonas de presin, estas vlvulas previene
que la presin aguas abajo excedan un nivel de presin establecida.
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Vlvula Sostenedora de PresinVlvula Sostenedora de Presin
VSPX
(m)Y
(m)Dmetro
(mm)Elevacin
(m)GradienteHidrulico
VSP-1
VSP mantiene una presin especificada aguas arriba de la vlvula.
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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
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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
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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
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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
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DemostracinDemostracin
WaterCADWaterCAD 4.54.5