TallerSWC1.pdf

Diseo y Modelacin de Sistemas de Alcantarillado Sanitario Taller 1

Construyendo un sistema a gravedad Taller 1

El propsito de este taller es introducir el ambiente de SewerCAD en los trminos

mas simples. Esto le permitir ganar inmediata familiaridad con la construccin del

modelo y con las herramientas de anlisis y manejo de escenarios. Adicionalmente,

este taller le enseara los conceptos bsicos de la operacin de los sistemas.

En este ejercicio vamos a determinar la poblacin mxima que puede ser servida

con una lnea de 200 mm, basndonos en caudal promedio nicamente. Para hacer

esto vamos a preparar escenarios mltiples, variando las cargas y comparando los

resultados. La primera simulacin ser con una carga generada por 1250

residentes, la segunda con una carga de 2500 residentes, la tercera con 3750

residentes y la cuarta con 5000 residentes en dos pozos del sistema.

Crearemos escenarios de cargas de poblacin alternativas y determinar el efecto en

el gradiente hidrulico de la lnea de 200 mm. Un escenario esta compuesto por un

grupo de alternativas. Estas ultimas pueden representar variaciones de cualquier

parte de los datos del modelo y en este caso trabajaremos con las alternativas de

carga sanitaria.

Pg. 1


Configuracin inicial

Ahora abra SewerCAD (Stand-Alone) y seleccione File/New para empezar un

nuevo proyecto. Nombre el proyecto Taller 1 y seleccione guardar Save.

Usando el Asistente de Proyectos Project

Wizard, ingrese Taller 1 como el titulo del

proyecto y su nombre en el campo Project

Engineer.

Pg. 2


Seleccione Next hasta llegar a la ventana

Prototypes, la cual luce como la siguiente

Figura.

Dado que todas las tuberas en

este proyecto tienen 200 mm de

dimetro, son de PVC, y tienen

90 m de longitud, podemos usar

el prototipo de Gravity Pipe para

ingresar estos valores.

Cambie el Material a PVC y el

dimetro (Section Size) a

200 mm con los menues

desplegables.

Note que para ingresar la

longitud, debe tildar User

Defined Lenght? de manera

que le permita colocar una

longitud definida por el

usuario.

Seleccione OK para aceptar estos valores y Finished para salir del asistente de

configuracin de proyectos Project Setup Wizard.

Pg. 3


Dibujo y edicin del modelo

Ahora, construya este modelo usando las herramientas de dibujo. Asegrese de

dibujar el sistema en el orden que indican los nombres de las tuberas de gravedad.

Inicie creando primero el ramal de MH-1, MH-2, MH-3 y O-1. Luego dibuje el ramal

desde MH-4 a MH-3.

Usando los reportes tabulares para pozos de inspeccin Manholes y estructuras de

descarga Outlet, ingrese las elevaciones del fondo para cada uno de estos

elementos.

Seleccione el botn Tabular Reports que se encuentra al lado del botn GO en

la barra de herramientas.

Seleccione el reporte para pozos

de inspeccin Manhole Report de

las tablas disponibles y haga click

en OK.

Pg. 4


Ingrese los siguientes valores

para las elevaciones de la

superficie Ground y del fondo

Sump de las estructuras en el

reporte de pozos de inspeccion

Manhole Report.

Asegrese de que los pozos

estn en el mismo orden

como aparecen en la tabla de

abajo.

Ordene las columnas

arrastrndolas, tal como se

muestra en la figura.

Para hacer esto puede organizar las columnas

ascendentemente con respecto al nombre del

elemento (Label)

Haga click derecho sobre la columna Label y

Seleccione Sort->Ascending

Estructura Elevacin de la superficie

Ground Elevation (m)

Elevacin de fondo

Sump Elevation (m)

MH-1 32.00 30.48

MH-2 31.70 30.18

MH-3 31.39 29.88

MH-4 31.70 30.18

Una vez ingresada las elevaciones de fondo Sump de las estructuras, vamos a

indicar al programa que dichas elevaciones coinciden exactamente con la parte

inferior de las tuberas (bateas o Invert). Esto nos ahorrar tiempo al momento de

ingresar las elevaciones de los extremos de las tuberas.

Pg. 5


Seleccione el botn Options

y despus Table Manager

para acceder a la tabla de

tuberas de gravedad.

Seleccione el reporte de tuberas de

gravedad Gravity Pipe y seleccione OK.

Usaremos este reporte para asociar las

elevaciones del fondo de las estructuras

con las elevaciones de la parte inferior de

la tubera Invert.

Usted notara despus de

revisar el reporte que no hay

columnas donde podamos

configurar las elevaciones de

la parte inferior de la tubera

Invert en las estructuras de

aguas arriba y aguas abajo.

Debemos agregar estas

columnas de informacin a la

tabla. Seleccione Options y

en esta ocasin elija

Customize para personalizar

la tabla actual.

Pg. 6


Busque hacia abajo en la

ventana de columnas

disponibles Avaliable

Columns hasta que

encuentre los campos:

-Set Invert to

Downstream Structure?

y Set Invert to Upstream

Structure?.

Seleccione ambos campos

simultneamente

manteniendo presionada la

tecla Ctrl. Luego haga click

en el botn Add > en la

botonera central para

agregarlos y luego OK para

volver a la tabla.

IMPORTANTE: Solamente seleccione el botn Add que posee una sola flecha (>).

Si por equivocacin elige el botn con dos flechas (>>) agregara la totalidad d las

columnas disponibles.

Vaya hasta el final de la tabla

a la derecha y observar

como las columnas han sido

agregadas.

Puede mover las columnas a

una mejor posicin

arrastrndolas con el mouse.

Pg. 7


Ahora use la funcin de

edicin global para modificar

globalmente las columnas que

acabamos de agregar.

Haga click derecho en el

encabezado de la columna

Set Invert to Downstream

Structure? y seleccione

Global Edit.

Active la opcin para ajustar la elevacin

de la parte inferior de la tubera Invert a

la estructura aguas abajo y seleccione

OK.

Observar que todas las

opciones han sido activadas para

este campo.

Pg. 8


Siga el mismo procedimiento

para activar las opciones de

Set Invert to Upstream

Structure.

Las columnas deben verse tal

como aparecen en la figura.

Una vez que haya terminado,

seleccione Close

para salir de los reportes

tabulares.

En el dibujo del modelo,

haga doble click en la tubera

P-1 y observe que las

elevaciones de la parte

inferior de las tuberas Inverts

han sido automticamente

ingresadas basadas en las

estructuras de aguas arriba y

aguas abajo.

Pg. 9


Ahora haga doble click en la

descarga O-1 para editar los

valores de 31.09 m. como

elevacin de la superficie

Ground Elevation y 29.58 m

para la elevacin del fondo

Sump Elevation.

Seleccione OK para salir del

dialogo Outlet.

Pg. 10


Ingresando las cargas sanitarias

SewerCAD permite 3 tipos de cargas:

Sanitarias Secas (Dry-Weather): Son las cargas sanitarias producidas por la

poblacin. Pueden ser representadas por un hidrograma, una carga unitaria o

poseer un patrn definido.

Infiltraciones (Inflow): Son cargas que se infiltran en el sistema a travs de los

pozos. Este es el mejor lugar para colocar cargas pluviales si estamos

representando un sistema combinado. Pueden ser ingresadas mediante un

hidrograma o un patrn.

Cargas de Frontera (Known Flow): Son cargas fijas. Usualmente se utilizan para

modelar el aporte de otro sistema sanitario cuyos elementos no deseo incluir en el

modelo, pero si me interesa su aporte o descarga.

Ahora necesitamos ingresar

la carga sanitaria para MH-1

y MH-4. Haga doble click en

MH-1 para abrir el dialogo de

edicin del elemento y

seleccione la pestaa

Loading.

En la seccin Sanitary (Dry-Weather) Flow

seleccione el botn Add para las cargas

sanitarias secas. Seleccione en el men la

opcin para Carga Unitaria Tipo de Unidad

& Conteo (Unit Load Unit Type & Count)

Pg. 11


Seleccione OK y usted podr ver esta

Ventana.

Antes de agregar una carga base al pozo

MH-1, ingrese a la biblioteca de cargas

Sanitarias usando el botn para

observar que valor esta siendo asociado

a las residencias promedio Home

(Average).

Busque hacia abajo y seale Home

(Average). Despus seleccione Edit

para editar esta entrada.

Note que el valor actual que esta siendo

usado para Home (Average) es de 280 l/d por

cada residente.

Usted puede crear sus propias cargas y modificar

las existentes de manera de ajustarse a las

cargas tpicas locales.

La pestaa Notes le dar informacin de

como ha sido obtenido este valor.

Este no es el valor de carga unitaria tpico de nuestra regin, entonces vamos a

crear nuestro propio valor de uso domestico promedio para ser usado en este

proyecto. Seleccione OK.

Mientras se encuentra en el dialogo Unit

Sanitary (Dry-Weather) Load, seleccione el

botn Insert y seleccione Population Bassed

del men.

Haga click en OK.

Pg. 12


Seleccione el campo Unlabeled Loading (Debe tener un numero

antecedindolo) y seleccione Edit para editar la carga unitaria.

Cambie el nombre a Nuestra Regin, la unidad de

carga a Resident y la carga unitaria Unit Load a

300 l/d.

Esto quiere decir que tenemos en Nuestra Regin

un consumo de 300 litros por residente por da.

Ahora seleccione OK y Close para salir de la

librera.

Desde el men seleccione Nuestra Regin e

ingrese 1250 residentes como la unidad de

cargas unitarias Loading Unit Count.

Observe como el flujo base Base Load ha

sido calculado automticamente teniendo en

cuenta la carga sanitaria unitaria y la cantidad

de residentes.

Seleccione OK.

Note que Nuestra Regin ha

sido agregada como un flujo

sanitario de clima seco.

Ahora seleccione MH-4, y

vaya a la pestaa Loading e

igual como lo hizo

anteriormente, seleccione

Nuestra Regin del men e

ingrese 1250 como Loading

Unit Count. La pestaa de

Loading para MH-4 debe

lucir de la misma forma

como para MH-1.

Pg. 13


Ejecutando el modelo

A los usuarios familiarizados con modelos esto puede resultarles obvio, pero es

bueno explicarlo. Una vez ingresadas las cargas en el modelo, se procede a

Ejecutar el mismo (comnmente conocido como correr el modelo, o

simplemente simular). En este proceso el programa realiza todos los clculos

hidrulicos para llegar a los resultados.

Una vez ingresada toda la

informacin fsica requerida en los

pozos y tuberas, y la informacin

de cargas sanitarias en los pozos

MH-1 y MH-4, corra el anlisis

mediante el botn ubicado

en la barra de herramientas

superior.

Asegrese que usted est

calculando en estado esttico

seleccionando Steady State en la

seccin Calculation Type y

seleccione GO.

IMPORTANTE: SewerCAD le ofrecer advertencias luego de realizado el anlisis,

en forma de botones coloreados.

Verde: Los clculos se han generado sin problemas

Amarillo: Hay algunas advertencias de mediana importancia como la violacin de

alguna condicin de borde.

Rojo: Hay un problema grave que impide el calculo correcto.

Siempre podr observar cualquier advertencia haciendo click en el botn de

Mensajes (Element Messages).

Pg. 14


Despus de correr el modelo,

observe que existen advertencias

de mediana importancia indicadas

mediante una luz amarilla.

Seleccionando el botn Element

Messages, podr identificar las

advertencias de cada elemento.

Revise los resultados usando reportes tabulares , perfiles , y los dilogos

de cada elemento. Compare sus resultados con las tablas que se encuentran en la

Pg. 27 de este mismo ejercicio.

Pg. 15


Perfiles de estructuras y flujo

SewerCAD le ofrece la posibilidad de dibujar perfiles de la red y observar el

comportamiento del flujo dentro del sistema. En la siguiente seccin aprender a

generar estos perfiles y a aprovechar al mximo esta caracterstica.

Seleccione el botn de perfiles

en la barra de herramientas

Superior.

Llegar a la siguiente ventana.

Haga click en el botn Profile

Management y luego en Add.

Nombre al perfil MH-1 a O-1 y seleccione OK.

Pg. 16


En esta pantalla tiene varias

opciones. Una de ellas es

seleccionar el orden de las

estaciones del perfil (Stationing

Order). Por el momento

dejaremos la numeracin de

estaciones en orden creciente

(Increasing)

Haga click en el botn Select from

Drawing para seleccionar los

elementos que sern incluidos en

el perfil.

Usando el mouse, seleccione P-1, P-2 y P-3 haciendo click una vez sobre cada una

de las tuberas. Observe que estos elementos se vern punteados una vez los haya

seleccionado.

Pg. 17


Haga click derecho y seleccione

Done para volver al dialogo

Profile Wizard donde puede

visualizar las estaciones que ha

creado para el perfil.

Haga click en Next (siguiente)

Para sus proyectos puede

personalizar los perfiles. Usando

plantillas de perfiles, puede

modificar las anotaciones, la

ubicacin de las mismas, las

escalas del dibujo y los ejes, los

nombres de las capas (Layers)

del perfil, y guardar las plantillas

para ser usadas con otros perfiles.

Seleccione la plantilla configurada

como Classic para este taller.

Seleccione el botn Next para continuar y Finish en la ventana siguiente para

aceptar la configuracin por defecto para los ejes.

Pg. 18


Puede personalizar el perfil totalmente desde el botn Options o modificar la

ubicacin de las anotaciones arrastrndolas con el mouse de manera que sea mas

fcil de leer.

Las figuras de abajo muestran el perfil. La primera tiene una vista de todo el perfil,

y la segunda tiene un acercamiento en MH-1 de forma que pueda observarse el

borde libre asociado con esta simulacin. El acercamiento puede realizarlo

utilizando los botones hasta encontrar la vista deseada.

Pg. 19


Configuracin de escenarios y alternativas

Los escenarios representan distintas configuraciones del sistema. La diferencia

entre un escenario y otro es el conjunto de alternativas que lo componen.

Escenarios y Alternativas es una de las caractersticas distintivas de los programas

Haestad Methods que permiten ahorro de espacio y tiempo y fcil acceso a toda la

informacin de un proyecto.

Analizaremos como se comporta el sistema despus de cargar la tubera de 200

mm con 2500 residentes en MH-1 y MH-4 (aproximadamente 1000 hogares). Para

esto crearemos una nueva alternativa y escenario.

En la ventana principal, vaya al men Analysis y seleccione Alternatives.

Ahora seleccione la

segunda alternativa desde

la izquierda, denominada

Sanitary (Dry Weather)

Loading en la ventana.

Primero renombre la

alternativa base como

1250 Hab.

Con la alternativa Base-

Sanitary (Dry Weather)

Loading sealada, haga

click en el botn Rename e

ingrese el nuevo nombre.

Pg. 20


Ahora necesitamos agregar una nueva alternativa hijo (Child) con el fin de cambiar

la poblacin a 2500 habitantes para MH-1 y MH-4.

Teniendo sealada la alternativa 1250 Hab.

haga click en Add Child y nombre esta

alternativa 2500 Hab. y haga click en OK.

Cambie la poblacin para

MH-1 y MH-4 a 2500 en la

columna Sanitary Unit

Load Count.

Observe que no es

necesario volver a asociar

Nuestra Regin como el

tipo de carga sanitaria

unitaria porque esta es

tomada de la alternativa

padre.

Seleccione Close para salir

de la nueva alternativa.

Haga click en NO para

cualquier dialogo

intermedio.

El esquema de sus

alternativas debe lucir

como se muestra en la

siguiente figura.

La jerarqua muestra la

relacin Padre-Hijo de las

alternativas.

Pg. 21


Cierre el administrador de alternativas y desde el men Analysis en la ventana

principal seleccione Scenarios.

Con el escenario Base

sealado, haga click

derecho y seleccione

Rename para cambiar

el nombre del

escenario a 1250 Hab.

Ahora cree un nuevo

escenario hijo de 1250

Hab. sealando el

botn Scenario

Management en la

botonera de la derecha

y luego Add / Child

Scenario.

Nombre el escenario 2500 Hab.

y seleccione OK.

Pg. 22


Automticamente se presentar la

ventana de combinaciones de

Alternativas para este nuevo

Escenario.

Tilde la alternativa Sanitary (Dry

Weather) Loading y seleccione la

alternativa 2500 Hab. de la lista

Seleccione Close para salir de la

ventana de alternativas.

El esquema de su

escenario debe lucir

como se muestra en la

ventana de la siguiente

figura.

Para continuar con el ejercicio configure las corridas para poblaciones de 3750 y

5000 habitantes para los pozos MH-1 y MH-4 de la misma forma como acabamos

de hacerlo para el escenario de 2500 habitantes.

En el administrador de alternativas, vamos a configurar las dos alternativas

adicionales y luego sus correspondientes escenarios de tal forma que podamos

correrlos simultneamente.

Recuerde que esta parte del ejercicio puede hacerse de muchas formas diferentes;

solo estamos usando este procedimiento para el taller. A medida que cree

proyectos en su trabajo encontrar el procedimiento que funcione mejor para

usted.

Pg. 23


Comience por las alternativas Hijos de 1250 Hab.

Una vez que termine de

configurar las alternativas

para 3750 y 5000

habitantes el administrador

de Alternativas debe lucir

como se indica en la figura

de la derecha.

Ahora cree los escenarios para ser utilizados con estas nuevas alternativas. Cree

escenarios Hijos de 1250 Hab. cambiando para cada uno su correspondiente

alternativa de demanda.

Una vez que usted

haya configurado estos

cuatro escenarios, el

esquema debe lucir tal

como se muestra a

continuacin.

Pg. 24


Ejecutando el modelo

En el administrador de escenarios, haga click

en el botn Go Batch Run. Luego haga click

en Select y de la lista desplegada seleccione

All para correr todos los escenarios al mismo

tiempo.

Cuando se le pregunte si quiere correr los

cuatro escenarios, seleccione Yes

Compare sus resultados con las tablas de la Pg. 27 de este mismo ejercicio.

Pg. 25


Extra

Para completar este taller, determine el numero mximo de residentes permitido

que tericamente pueden ser servidos dejando un borde libre de 30 cm. en MH-1 y

MH-4.

El borde libre es la distancia entre la superficie del agua y la parte superior de la

estructura. El borde libre no es un parmetro incluido automticamente en

SewerCAD, sin embargo usted puede chequearlo visualmente desde los perfiles o

haciendo clculos directos con los reportes tabulares.

Una forma alternativa de obtener el borde libre es observando el cuadro de

dilogos de las tuberas (haciendo doble click en cada una de ellas) y seleccionando

la pestaa Profile. La diferencia, en cada extremo, entre la lnea de gradiente

hidrulico y la corona (Hidraulyc Grade Line y Crown, respectivamente) se

denomina borde libre.

Incremente sucesivamente la poblacin en MH-1 y MH-4 (ambas por igual) hasta

encontrar la poblacin que pueda ser servida por la tubera de 200 mm

manteniendo un borde libre de 30 cm.

Esto puede hacerse creando alternativas adicionales de carga sanitaria

incrementando las cargas en MH-1 y MH-4.

Como recomendacin empiece aumentando la poblacin en MH-1 y MH-4 a 7000

habitantes y contine desde ah. Par analizar el borde libre utilice la herramienta de

perfiles.

Pg. 26


Resultados

Escenario Tubera Caudal Total (l/s)

Capacidad en Exceso (l/s)

Velocidad Promedio

(m/s)

Borde libre en

MH-1 (m) P-1 4.34 21.34 0.59

P-2 4.34 21.34 0.59

P-3 8.68 17.00 0.71 1250 hab.

P-4 4.34 21.34 0.59

1.46

P-1 8.68 17.00 0.71

P-2 8.68 17.00 0.71

P-3 17.36 8.32 0.85 2500 hab.

P-4 8.68 17.00 0.71

1.44

P-1 13.02 12.66 0.79

P-2 13.02 12.66 0.79

P-3 26.04 -0.36 0.0 3750 hab.

P-4 13.02 12.66 0.79

1.42

P-1 17.36 8.32 0.85

P-2 17.36 8.32 0.54

P-3 34.72 -9.04 1.07 5000 hab.

P-4 17.36 8.32 0.54

1.40

P-1 24.31 1.38 0.75

P-2 24.31 1.38 0.75

P-3 48.61 -22.93 1.50 7000 hab.

P-4 24.31 1.38 0.75

0.61

P-1 26.04 -0.36 0.80

P-2 26.04 -0.36 0.80

P-3 52.08 -26.40 1.61 7500 hab.

P-4 26.04 -0.36 0.80

0.37

CLAVES:

Caudal Total = Total Flow, Puede observarse en los cuadros de dilogos de cada

tubera o en los reportes tabulares.

Capacidad en exceso = Exceso Full Capacity, Puede observarse en los cuadros

de dilogos de cada tubera o en los reportes tabulares.

Velocidad Promedio = Average Velocity, Puede observarse en los cuadros de

dilogos de cada tubera o en los reportes tabulares.

Pg. 27

TallerSWC1.pdf

Documents

Transcript of TallerSWC1.pdf