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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

    [email protected]

    [email protected]

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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.

  • 8/14/2019 Conf 27

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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