PASOSBASICOSEPANET

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA - UPTC

HIDRAULICA I 1

PASOS BASICOS PARA LA SIMULACIN DE REDES POR MEDIO DEL PROGRAMA EPANET 2.00.10 EN ESPAOL

Los pasos bsicos se describirn por medio de un ejemplo de aplicacin. Los datos de este ejemplo son los siguientes: Esquema de la red:

Propiedades de los Nudos

Tabla No. 1 Nudo Cota(m) Demanda(lps)

1 210 0

2 210 0

3 215 10

4 210 10

5 200 15

6 210 10

7 210 0

8 250 0

Propiedades de las tuberas

Tabla No 2 Tubera Longitud(m) Dimetro(mm) Rugosidad(mm)

1 1000 350 0.01

2 1500 300 0.01

3 1500 200 0.01

4 1500 200 0.01

5 1500 200 0.01

6 2000 250 0.01

7 1500 150 0.01

8 2000 150 0.01

La bomba suministra una altura de 45 m.c.a con un caudal de 42lps. El depsito elevado (Nudo 8) tiene un dimetro de 20m, el nivel inicial del agua es de 1m y el nivel mximo es de 6m.


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PASOS A SEGUIR EN LA SOLUCIN : 1. En el men principal seleccionar Archivo y Nuevo (ver Figura No. 1) para crear un

nuevo proyecto. Figura No. 1 Vista al crear un nuevo proyecto

2. Seleccionar del men principal Proyecto y Valores por Defecto. El dilogo que se

abre se utilizara para que EPANET ponga un identificador automticamente a los nuevos objetos a medida que son aadidos a la red, asignndoles nmeros consecutivos a partir de 1. Para ello, en la pgina del dilogo etiquetada con Identificativos ID (Figura No. 2), se ubica un prefijo que se quiera aparezca antes del nmero asignado al elemento. A continuacin se selecciona la pestaa Opc. Hidrulicas del mismo dilogo y se eligen las unidades en las que se desea trabajar junto con la ecuacin utilizada para evaluar las prdidas por friccin en las tuberas. Los valores modificados en esta ventana se pueden conservar para proyectos posteriores al seleccionar la opcin Guardar Valores por Defecto para futuros proyectos.

Figura No. 2 Men Valores por defecto para todo el proyecto


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3. En el men principal seleccionar Ver y Opciones del Esquema. Seleccionar ahora la pgina Etiquetas de dicho dilogo y habilitar las opciones mostradas en la Figura No. 3a.

Figura 3a. Dilogo de Opciones del Esquema - Etiquetas

A continuacin pasar a la pgina Smbolos y habilitar todas las opciones y presionar el botn Aceptar en la caja de dilogo.

Figura No 3b Dilogo de opciones del Esquema Smbolos

4. Finalmente, antes de dibujar nuestra red deberemos comprobar que la escala fijada

para el esquema es adecuada. Seleccionar Ver y Dimensiones en el men principal para abrir el dilogo Dimensiones del rea de Dibujo (ver Figura No. 4), y observar las coordenadas asignadas por defecto para el rea de trazado de la red del nuevo proyecto.

Figura No. 4 Dilogo Dimensiones del rea de Dibujo


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5. Para empezar a dibujar la red en el men principal verificamos que se encuentre

activada la barra de herramientas Esquema, para esto seleccionamos Ver, Barra Herramientas( ver Figura No. 6) y Esquema (ver Figura No. 5).

Figura No. 5 Activar la Barra de Herramientas desde el men principal

La barra de herramientas se presenta a continuacin:

Figura No. 6 Barra de Herramientas del Esquema

6. Dibujo de los elementos de la red en estudio: primero aadiremos el Embalse (nudo

1), pulsando el botn Aadir Embalse:

Y a continuacin fijar con el ratn su posicin sobre el rea de dibujo. Ahora aadiremos los nudos de caudal. Pulsando el botn Aadir Nudo de caudal:

Y marcar con el ratn sobre el rea de dibujo las posiciones de los nudos 2 al 7. Siguiendo el orden presentado en la figura inicial del problema. Finalmente se aade el depsito pulsando el botn Aadir Depsito:

Y marcando sobre el rea de dibujo su posicin con el ratn. En este momento el esquema de la red debe asemejarse al mostrado en la Figura No. 6.


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Figura No. 7 Representacin grfica de la red al ubicar los nodos.

7. En el siguiente paso se aaden los elementos (elementos: tuberas, vlvulas y bombas), par nuestro caso aadiremos varias tuberas y una bomba. Comenzando con la tubera 1 que conecta los nodos de caudal 2 y 3. Primero pulsamos el botn Aadir Tubera:

Ubicado en la barra de herramientas. Luego pulsamos en el nudo 2 del esquema y posteriormente en el nudo 3. Mientras se desplaza el ratn del nudo 2 al 3 se observar un trazado provisional de la tubera. Estos pasos se repiten para el trazado de las tuberas 2 al 7. La apariencia de la red se presenta en la Figura No. 8.

Figura No 8 Representacin de la red al adicionar las tuberas en el sistema


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Como la tubera 8 es curva, para dibujar la se pulsa con el ratn sobre el nodo 5. A continuacin, mientras se desplaza el ratn hacia el nudo 6, pulsar en diferentes puntos de la trayectoria para as darle la curvatura deseada, el proceso finaliza al pulsar en el nodo 6. Finalmente en este paso aadiremos la bomba al sistema. Pulsar el botn Aadir Bomba:

Es importante tener en cuenta que al ingresar una bomba en el sistema esta debe conectarse entre dos nodos de caudal o entre un embalse y un nodo de caudal o entre un tanque y un nodo de caudal. Tambin se debe conocer previamente la direccin del flujo, de tal manera que al seleccionar el nodo inicial y final se define esta direccin. Otro componente importante que se puede aadir como elemento son las vlvulas, estas cumplen una funcin especifica segn las condiciones que se deseen modelar en el sistema. Los tipos de vlvulas, su funcin y operacin se presentan a continuacin: 1. (PRV siglas en ingls) Vlvulas Reductoras de Presin

Funcin: trata de limitar la presin en el nudo aguas debajo de la vlvula, para que no exceda de un valor de consigna prefijado.

(El termino consigna se significa en todos los casos el valor a especificar en el campo Consigna de las propiedades de la vlvula, para este caso ser una presin en metros columna de agua)

Posibles Estados: - Parcialmente Abierta (activa): para mantener la presin aguas abajo

en el valor de consigna prefijado, siempre y cuando la presin aguas arriba sea superior al valor de consigna.

- Completamente abierta: si la presin aguas arriba es inferior al valor de consigna.

- Cerrada: si la presin aguas abajo excede a la del nudo aguas arriba (para impedir el flujo inverso)

2. (PSV siglas en ingls) Vlvulas Sostenedoras de Presin Funcin: tratan de mantener la presin en el nudo aguas arriba de la vlvula

(Consigna en propiedades de la vlvula presin en el nodo aguas arriba)

Estados: - Parcialmente Abierta (activa): para mantener la presin aguas arriba

en el valor de consigna prefijado, siempre y cuando la presin aguas abajo sea inferior al valor de consigna.

- Completamente abierta: si la presin aguas abajo es superior al valor de consigna.

- Cerrada: si la presin aguas abajo excede a la del nudo aguas arriba (para impedir el flujo inverso)


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3. (PBV siglas en ingls) Vlvula de Rotura de Carga Funcin: fuerza el valor de la cada de presin a travs de la vlvula. El flujo a

travs de la misma puede ser en cualquier direccin. Consideraciones Importantes:

Estas vlvulas no representan ningn componente fsico pero son muy tiles para modelar situaciones en las que la cada de presin a travs de la vlvula es conocida.

4. (FCV siglas en ingls) Vlvula Limitadora de Caudal Funcin: limitan el caudal de paso a travs de la vlvula a un valor prefijado. Consideraciones Importantes:

El programa emite un mensaje de advertencia sino puede conseguirse dicho caudal, a no ser que hubiera un aporte de energa (esto es, si el caudal de la vlvula abierta fuera inferior al de consigna).

Las vlvulas limitadoras de caudal con unidireccionales, y deben orientarse segn el sentido del flujo a limitar.

Si se especifica un caudal negativo para una vlvula de este tipo, sta se comporta como una bomba de caudal prefijado.

5. (TCV siglas en ingls) Vlvula de Regulacin

Funcin: son bidireccionales y simulan una vlvula parcialmente cerrada, cuyo comportamiento queda determinado por el valor del coeficiente de prdidas menores (K) expresado como una fraccin de la energa cintica.

Consideraciones Importantes: Usualmente los fabricantes suministran el valor de K y el grado de apertura de la vlvula.

6. (GPV siglas en ingls) Vlvulas de Propsito General

Funcin: se utiliza para representar una lnea cuya relacin prdida caudal es proporcionada por el usuario, en lugar de seguir el comportamiento tpico de las vlvulas establecido por las frmulas hidrulicas convencionales.

Consideraciones Importantes: Puede utilizarse para modelar una turbina, el descenso dinmico de un pozo o una vlvula reductora de presin controlada por caudal. La consigna de la vlvula es el identificativo ID de su Curva de Prdidas (en editor de curvas de comportamiento y en el campo Tipo de Curva escoger PERD:CARGA.). Esta curva tiene como eje Y las prdidas en expresadas en unidades de longitud y en X el caudal en volumen sobre tiempo.

8. Para finalizar el dibujo aadiremos tres rtulos descriptivos para identificar la galera,

la bomba y el depsito. Seleccionar el botn Aadir Texto:

Este se encuentra en la barra de herramientas del esquema. Se procede a pulsar este botn y un punto cerca del embalse (Nudo 1). Aparecer enseguida una caja de texto. En est introduciremos el nombre FUENTE SUM y pulsar la tecla ENTER o


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INTRO. A continuacin pulsar en otro punto cerca de la bomba BONMBA e introducir el rtulo correspondiente, y hacer lo mismo para el depsito.

Figura No 9 Representacin de la red al adicionar los rtulos

El esquema de la red se ha terminado, y se presento en la figura anterior. Si los nudos hubieran quedado mal situados, pueden desplazarse pulsando sobre el nudo con el botn izquierdo del ratn dos veces, la primera vez para seleccionarlo y la segunda para arrastrarlo (dejar presionado el botn). Para modificar el trazado de la tubera 8 se procede de la siguiente forma: Pulsar primero con el ratn sobre la tubera 8 para seleccionarla, y a

continuacin pulsar el botn

De la barra de herramientas para poner el esquema en el modo Seleccionar Vrtice.

Seleccionar un vrtice sobre la tubera pulsando sobre l con el ratn dos veces, la primera para seleccionarlo y la segunda para arrastrarlo hasta su nueva posicin, manteniendo el botn del ratn pulsado.

Si fuera necesario, se puede aadir o borrar vrtices de la tubera pulsando el botn derecho del ratn y eligiendo la opcin adecuada del men emergente. Ver Figura No 10.


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Figura No 10 Men emergente para agregar o borrar vrtices en la tubera 8

Al terminar, pulsar el botn:

Para volver al modo Seleccionar Objeto

9. Introduccin de las propiedades de los objetos: A medida que se aadieron los objetos a la red en estudio, sos adquieren automticamente las propiedades por defecto. Para cambiar el valor de una propiedad determinada de un objeto, ste debe seleccionarse antes con el Editor de Propiedades (ver Figura No. 11), este se observa de diferentes formas, si hacemos doble clic con el ratn en el nudo 2 aparecer el dialogo de la Figura No. 11.

Figura No. 11 El Editor de Propiedades para el nodo 2 del sistema en estudio.

Existen otras formas de observar las propiedades de los elementos, y estas son. Efectuando una doble pulsacin con el ratn sobre el objeto, como se indico

anteriormente. Pulsando el botn derecho del ratn sobre el objeto y eligiendo la opcin

Propiedades del men emergente


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Seleccionando el objeto desde el Visor de Datos, y pulsando sobre el botn Editar

De dicha ventana (o bien efectuando una doble pulsacin sobre el mismo)

Figura No. 12 Visor de Datos para la edicin de nodos

Una vez seleccionado el objeto sobre el Editor de Propiedades (ver figura anterior), pulsando F1 se obtiene una descripcin completa de todas las propiedades listadas. 10. Ahora editaremos los elementos del sistema en estudio para ubicar sus propiedades

dadas en las Tablas No. 1, 2, 3 y los datos de la bomba, tanque y embalse se presentan en el enunciado del problema. Primero vamos a editar las propiedades del nodo 2. Como lo mostraba la Figura No. 11 se introducen en los campos Cota y la Demanda Base de este nudo. Para movernos de un campo a otro se puede utilizar las flechas Arriba y Abajo del teclado o bien el ratn. Basta ahora pulsar sobre otro objeto (nudo o elemento) para que sus propiedades aparezcan en el Editor de Propiedades. (tambin se pueden utilizar las teclas AvPg y RePg para pasar al objeto del mismo tipo inmediatamente anterior o posterior en la base de datos). De este modo nos iremos desplazando de un objeto a otro, rellenando la Cota y la Demanda Base en el caso de los nudos y Longitud, Dimetro y Rugosidad para las tuberas.


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En la figura presentada a continuacin se presentan los datos de las tuberas 1 y 8 del sistema.

11. Para el tanque (Nudo 1), habr que introducir su cota (210 m) en el campo Altura Total. (ver Figura No. 13). Ahora para el depsito (Nudo 8) introduciremos como Cota de Solera 250 m, como Nivel Inicial 1 m, como Nivel Mnimo 0 m, como Nivel Mximo 6 m y como Dimetro 20 m. (ver Figura No. 14)

Figura No. 13 Propiedades del embalse


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Figura No. 14 Propiedades del tanque

12. En el caso de la bomba necesitaremos definir una curva caracterstica (o relacin

altura caudal), para lo cual primero en las propiedades de la bomba (ver Figura No 15a) asignamos un nmero o nombre en el campo Curva Caracterstica, posteriormente en el Visor en Datos buscamos Curvas Comport (ver Figura No 15b). En la ventana pulsamos el botn aadir (ver Figura No 15c).

Figura No. 14 (a)Propiedades de una Bomba, (b) Visor de datos con seleccin de Curva de

comportamiento y (c) Visor de datos al agregar una nueva curva de comportamiento tanque (Figuras a, b y c de izquierda a derecha)

Al pulsar el botn Aadir se observa una ventana como la de la Figura No 16 en donde procedemos a llenar los campos ID Curva de Comportamiento (debe coincidir con el


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nombre asignado en el campo Curva Caracterstica del men de propiedades de la bomba), Descripcin (valor opcional), Tipo de Curva (seleccionar Bomba), y en la tabla llenar Caudal y Altura. Al ingresar uno o mas puntos el programa ajusta una ecuacin potencial para describir el comportamiento de la bomba. (ver Figura No 16)

Figura No. 16 Editor de Curvas de Comportamiento para el caso de una bomba

13. En este momento se tiene lista la red para ser calculada en rgimen permanente del

flujo ahora adicionaremos una condicin mas que consiste en reducir las demandas de los nodos con caudal a la mitad. Esto quiere decir que el Factor de Demanda en Valores por Defecto se le asignara 0.5. (ver Figura No 17)

Figura No. 17 Ventana de valores por defecto, se asigna el valor de 0.5 al factor de demanda

14. Ahora procedemos a ejecutar la red al pulsar el botn.


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15. Para observar los datos de nodos y elementos pulsamos Informes del men principal y seleccionamos Tablas (ver Figura No 18).

Figura No. 18 Seleccin del men principal Informes y Tablas

En la ventana que aparece (ver Figura No 19a) se selecciona el tipo de tabla a crear, en este caso Nudos de la Red, luego pulsamos el botn Columnas para seleccionar los datos a mostrar (ver Figura No 19b)

Figura No. 19 (a) Seleccin del tipo de tabla (figura izquierda) (b)Seleccin de los valores a

mostrar (figura derecha) Posteriormente digitados Aceptar y se obtiene un informe como el de la Figura No. 20.

Figura No. 20 Resultados para los nodos de la red


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Siguiendo un procedimiento parecido al anterior se pueden observar los datos resultantes para los elementos de la red.

Figura No. 21 Resultados para los elementos de la red

Los datos o resultados se pueden observar en el Esquema de la Red para ello nos dirigimos al Visor y seleccionamos Esquema, en el campo nudos seleccionamos Presin y en el campo Lneas seleccionamos Caudal. De esta forma nos aparecern los respectivos valores en el esquema del sistema (ver Figura No. 22)

Figura No. 22 Vista de Presiones y Caudales sobre el esquema de la red


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En la parte inferior izquierda se presentan dos recuadros en donde por medio de color la gama de presiones y caudales. Estos colores se pueden modificar y la escala tambin al pulsar el botn derecho del ratn sobre una de estos recuadro. Por ejemplo si editamos el recuadro de caudal tendremos un men como el de la Figura No. 23.

Figura No. 23 Edicin del recuadro para la gama de caudales


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ANALISIS EN PERIODO EXTENDIDO

Esta herramienta permite simular distintos escenarios de la red al variar las demandas en los nodos de caudal. La variacin se lleva a cabo en un periodo de tiempo para el cual se aplica un factor que reduce o aumenta el caudal demandado en un periodo de tiempo. La simulacin se llevara a cabo durante 72 horas y el intervalo de las curvas de modulacin es de 6 horas.

Figura No. 24 Pasos de izquierda a derecha para ubicar la Duracin total y el Intervalo de Curvas

de Modulacin

El paso siguiente consiste en ubicar los coeficientes que aumentan o disminuyen el caudal en 24 horas. Esto se logra al dividir las 24 horas en cuatro etapas de 6 horas cada una. La Figura No. 25 muestra la tabla al seleccionar el Visor, desplegamos el men y seleccionamos Curvas Modulac. y creamos una nueva curva.

Figura No. 25 Editor de una Curva de Modulacin Ahora estamos listos para ejecutar el programa. Los datos se pueden visualizar sobre el Esquema de la Red por medio del Visor en Esquema. En la parte inferior se presenta la opcin Instante en este lugar podemos ver los resultados de los clculos en una hora especifica (de las 72 horas pre fijas) o mostrar los clculos progresivamente al pulsar


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Los dems botones que aparecen en esta parte permiten animar el esquema par ver los resultados a travs del tiempo. Los resultados par las 6 horas se presentan en la Figura No. 26

Figura No. 26 Resultados para el anlisis de periodo extendido a las 6 horas


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Podemos ahora crear una curva de evolucin de las magnitudes asociadas a cualquier nudo o lnea(elemento). Por ejemplo, para ver cmo cambia el nivel del agua en el depsito con el tiempo:

1. Pulsar el smbolo del depsito, seleccionarlo. 2. Seleccionar Informes y luego Grficos ( o pulsar el botn Grficos de la Barra

de Herramientas Estndar) y se abrir el dilogo de Seleccin de Grfica. 3. Seleccionar en dicho dilogo el botn Curva Evolucin. 4. Seleccionar la Altura (o la Presin) como magnitud a representar. (ver Figura

No. 27)

Figura No. 27 Men Seleccin de Grfica

5. Pulsar Aceptar y se observara una grfica como la de la Figura No. 28.

Figura No. 28 Ejemplo de una Grfica de Evolucin del nivel del agua en un Tanque


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ANALISIS DE CALIDAD DEL AGUA

TIEMPO DE PERMANENCIA DEL AGUA EN LA RED Para realizar este anlisis basta seleccionar la opcin Tiempo Perm. Para la propiedad Tipo Modelo Calidad en el editor de las Opciones de Calidad como se muestra en la Figura No. 29.

Figura No. 29 Configuracin de las Opciones de Calidad par simular el tiempo de

permanencia del agua en la red. A continuacin ejecutar la simulacin y seleccionar el parmetro Tiempo Perm. En el men desplegable del Esquema del Visor, para ver los resultados sobre el esquema (ver Figura No. 30).

Figura No. 30 Resultados del tiempo de permanencia en la red para las 12 horas de simulacin.


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Generar ahora la Curva de Evolucin del Tiempo de Permanencia en el depsito (nudo 8, Ver la Figura No. 31). Observar cmo con 72 horas de simulacin no es suficiente para obtener un comportamiento peridico del tiempo de permanencia del agua en el depsito (por defecto, la simulacin comienza con un tiempo inicial de 0h para todos los nudos).

Figura No. 31 Grfica de Evolucin del tiempo de Permanencia para 72 horas de simulacin.

Si se extiende el tiempo de simulacin a 240 horas y generamos una grfica de evolucin el resultado se presenta en la Figura No. 32.

Figura No. 32 Grfica de Evolucin del tiempo de Permanencia para 240 horas de simulacin.


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SIMULAR EL TRANSPORTE Y DECAIMIENTO DEL CLORO Para realizar el anlisis es necesario realizar los siguientes cambios al modelo original:

1. Seleccionar la categora Opciones-Calidad en la pgina de Datos del Visor y abrir el Editor de Propiedades correspondiente. En el campo Tipo Modelo Calidad introducir la palabra Cloro.

2. Pasar ahora a la categora Opciones-Reacciones desde el mismo Visor. Introducir como Coef. Global Reacc. Medio el valor 1.0. Este dato refleja la velocidad a la cual disminuye la concentracin de cloro debido a las reacciones que ocurren en el propio seno del agua. El mismo coeficiente ser aplicado a todas las tuberas de la red, si bien se puede editar individualmente para cada tubera si fuera necesario.

3. Pulsar ahora sobre el embalse y poner su Calidad Inicial a 1 (1 mg/l). Este

valor indica la concentracin de cloro que entra continuamente a la red. (Restablecer la calidad inicial en el depsito al valor 0 si se hubiera cambiado)


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Figura No. 33 Grfica de Resultados de la concentracin de cloro en nodos y elementos para las 15

horas.


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Se crear ahora un informe de reacciones habidas durante esta simulacin seleccionando Informes y Reacciones desde el Men Principal. Dicho informe debe aparecer al mostrado en la Figura No. 34.

Figura No. 34 Ejemplo de Informe de Reacciones del cloro habidas en la red.

En la grfica anterior se muestra cunto cloro se pierde por trmino medio en las tuberas, frente al que se pierde en el depsito. El trmino Medio hace referencia a las reacciones que ocurren en el seno del agua, mientras ue el rtulo Pared hace referencia a las reacciones que ocurren en las paredes de las tuberas. Este ltimo valor es cero, dado que no hemos especificado ningn coeficiente de reaccin con las paredes en este ejemplo.

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