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EPANET 2.0

PRESENTADO POR:

DIEGO FIGUEREDO

DATOS DE ENTRADA NODOS

Pasos para Utilizar EPANET

Los pasos a seguir normalmente para modelar un sistema de distribución de agua

con EPANET son los siguientes:

1. Dibujar un esquema de la red de distribución.

2. Editar las propiedades de los objetos que configuran el sistema

3. Describir el modo de operación del sistema.

4. Seleccionar las opciones de cálculo.

5. Realizar el análisis hidráulico.

6. Observar los resultados del análisis.

DATOS DE ENTRADA

EMBALSE

CONFIGURACIÓN DEL PROYECTO

El primer paso va a ser crear un nuevo proyecto en EPANET y comprobar que las

opciones por defecto son las deseadas. Para comenzar el ejercicio, ejecutar

EPANET si no está ya en ejecución, y seleccionar en la barra de menús la opción

Archivo >> Nuevo para crear un nuevo proyecto.

A continuación seleccionar Proyecto >> Valores por Defecto;

A continuación seleccionar la página de Opciones Hidráulicas

elegir la opción LPS (litros por segundo) para las Unidades

de Caudal. Ello conlleva que las unidades métricas SI serán utilizadas también

para las restantes magnitudes (longitudes en metros, diámetros de tubería en mm,

presiones en m.c.a, etc).

Seleccionar igualmente la Fórmula de Darcy-Weisbach

(D-W) para el cálculo de las pérdida de carga.

Si se desea guardar todas estas

opciones para futuros proyectos, validar la casilla Guardar Valores por Defecto

para futuros proyectos que figura al pie del diálogo, antes de asumirlas

definitivamente con el botón Aceptar.

EPANET

TOTAL HEAD(CARGA TOTAL): COTA + ALTURA DE LA LAMINA DEL AGUA.

Es un programa de ordenador que realiza simulaciones en periodos

prolongados del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes de

suministro a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones

de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses.

EPANET efectúa un seguimiento de la evolución de los caudales en las tuberías,

las presiones en los nudos, los niveles en los depósitos, y la concentración de las

especies químicas presentes en el agua, a lo largo del periodo de simulación

discretizado en múltiples intervalos de tiempo. Además de la concentración de las

distintas especies, puede también simular el tiempo de permanencia del agua en la

red y su procedencia desde las diversas fuentes de suministro.

DIBUJO DE LA RED

NODO

EMBALSE

RESERVORIO O TANQUE

TUBERÍA

BOMBA

VÁLVULA

Nodos de Caudal o de DEMANDA

Los Nodos de Caudal son los puntos de la red donde confluyen las tuberías o bien

sus extremos, y a través de ellos el agua entra o sale de la misma (también pueden

ser sólo puntos de paso). Los datos básicos de INSUMO a los nudos son:

• la cota (ELEVACIÓN respecto a un nivel de referencia (usualmente el nivel del mar)

• la demanda de agua (flujo que abandona la red)

Los resultados obtenidos para los nudos son:

• la altura piezométrica (energía interna por unidad de peso del fluido, o bien

suma de la cota más la altura de presión)

• la presión

Los nudos de caudal pueden también:

• presentar una demanda variable en el tiempo

• tener asignados distintos tipos de demanda (doméstica, industrial, etc)

• presentar una demanda negativa, indicando que el caudal entra a la red a

través del nudo.

EJECUTAR EL MODELO

Para Ejecutar una Simulación hidráulica:

Embalses

Los Embalses son nudos que representan una fuente externa de alimentación, de

capacidad ilimitada, o bien un sumidero de caudal. Se utilizan para modelar

elementos como lagos, captaciones desde ríos, acuíferos subterráneos, o también

puntos de entrada a otros subsistemas.

Las propiedades básicas de un embalse son su altura piezométrica (que coincidirá

con la cota de la superficie libre del agua si éste se encuentra a la presión

atmosférica).

Dado que un embalse actúa como un elemento de contorno del sistema, su altura

no se verá afectada por lo que pueda ocurrir en la red. Por consiguiente, no existen resultados derivados del cálculo en los mismos.

Si hay presiones negativas:

Si todo funciona bien:

Depósitos

Los Depósitos son nudos con cierta capacidad de almacenamiento, en los cuales

el volumen de agua almacenada puede variar con el tiempo durante la simulación.

Los datos básicos de un depósito son:

• la cota de solera (para la cual el nivel del agua es cero)

• el diámetro (o su geometría si no es cilíndrico )

• el nivel del agua inicial, mínimo y máximo del agua.

Los principales resultados asociados a un depósito, a lo largo de la simulación,

son:

• la altura piezométrica (cota de la superficie libre)

• la presión (o nivel del agua)

El nivel del agua en los depósitos debe oscilar entre el nivel mínimo y el nivel

máximo. EPANET impide la salida del agua del depósito cuando está a su nivel

mínimo y cierra la entrada de agua cuando está a su nivel máximo.

DATOS DE ENTRADA: TUBERÍA

Los resultados en una tubería contemplan:

• el caudal de circulación

• la velocidad del flujo

• la pérdida de carga unitaria

• el factor de fricción para la fórmula de Darcy-Weisbach

• la velocidad media de reacción (a lo largo de la tubería)

La pérdida de carga (o de altura piezométrica) en una tubería debida a la fricción

por el paso del agua, puede calcularse utilizando tres fórmulas de pérdidas

diferentes:

• la fórmula de Hazen-Williams

• la fórmula de Darcy-Weisbach

• la fórmula de Chezy-Manning

SI SE PRESENTAN PRESIONES NEGATIVAS, SE DEBEN MODIFICAR DIAMETROS, REVISAR LOS PARAMETROS DE SUMINISTRO DE AGUA (NIVELES DE LOS EMBALSES, REQUERIMIENTO DE SISTEMAS DE BOMBEO) O ERRORES EN LOS DATOS SUMINISTRADOS AL MODELO, COMO INCONSISTENCIAS ENTRE LAS ECUACUACIONES SELECCIONADAS PARA EJECUTAR EL MODELO Y LOS COEFICIENTES DE FRICCION Y DE PERDIDAS INTRODUCIDOS AL MISMO.

Tuberías

Las tuberías son líneas que transportan el agua de un nudo a otro. EPANET

asume que las tuberías están completamente llenas en todo momento, y por

consiguiente que el flujo es a presión. La dirección del flujo es siempre del nudo

de mayor altura piezométrica (suma de la cota más la presión, o bien energía

interna por unidad de peso) al de menor altura piezométrica. Los principales

parámetros de una tubería son:

• los nudos inicial y final

• el diámetro

• la longitud

• el coeficiente de rugosidad (para calcular las pérdidas de carga)

• su estado (abierta, cerrada, o con válvula de retención).

El parámetro de estado permite simular el hecho de que una tubería posea

válvulas de corte o válvulas de retención (válvulas que permiten el paso del flujo

en un solo sentido) sin tener que modelar estos elementos explícitamente.

La fórmula de Hazen-Williams es la más utilizada en EEUU. Sin embargo, no

puede utilizarse para líquidos distintos del agua, y fue desarrollada originalmente

sólo para flujo turbulento. Desde el punto de vista académico, la fórmula de

Darcy-Weisbach es la más correcta, y es aplicable a todo tipo de líquidos y

regímenes. Finalmente, la fórmula de Chezy-Manning es utilizada usualmente

para canales y tuberías de gran diámetro, donde la turbulencia está muy

desarrollada.

RESULTADOS DEL MODELO

Todas las fórmulas emplean la misma ecuación básica para calcular la pérdida de

carga entre el nudo de entrada y el de salida:

donde = pérdida de carga (en unid.longitud),

q = caudal (en unid.volumen/tiempo),

A = coeficiente de resistencia

B = exponente del caudal.

NODOS:

  • Presión
  • Demanda

TUBERIAS:

  • Velocidad
  • flujo (caudal)
  • Diametro
  • Rugosidad

Al aplicar la fórmula de Darcy-Weisbach, EPANET emplea distintos métodos

para calcular el factor de fricción f, dependiendo del tipo de régimen:

• Para flujo laminar (Re < 2.000) emplea la fórmula de Hagen–Poiseuille

• Para flujo turbulento (Re > 4.000) emplea la aproximación explícita de

Swamee y Jain a la fórmula de Colebrook-White

• Para el flujo de transición (2.000 < Re < 4.000) aplica una interpolación

cúbica al diagrama de Moody

FORMULAS PARA EL CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS EN EPANET

RESULTADOS DEL MODELO

ejemplo:DEMANDA EN LOS NODOS

DIAMETRO EN LAS TUBERIAS

RESTRICCIONES HIDRAULICAS

PRESION MINIMA DE SERVICIO: 20 m.c.a (metros columna de agua)

PRESION MAXIMA: 60 m.c.a

VELOCIDADES MAXIMAS EN LA TUBERIA

COEFICIENTES DE RUGOSIDAD TUBERÍAS

Pérdidas Menores

Las pérdidas menores (también denominadas pérdidas localizadas) pueden

interpretarse como debidas al incremento de la turbulencia que se produce en los

cambios de dirección, codos, accesorios, etc. La importancia de incluir o no tales

pérdidas depende del tipo de red modelada y de la precisión de los resultados

deseada. EPANET permite asociar a cada tubería un coeficiente de pérdidas

menores. El valor de la pérdida será el producto de dicho coeficiente por la altura

dinámica en la tubería, esto es:

RESULTADOS DEL MODELO

tablas

Seleccionar Nodes(Nodos) o Links(tuberias)

seleccionar variables

filtrar elementos:

mostrar datos solo de tuberías con diámetro superior a 100 mm, o nodos con presión mayor a 20 m.c.a

donde K = coeficiente de pérdidas menores, v = velocidad del flujo (unid.

longitud/tiempo), y g = aceleración de la gravedad (unid. longitud/tiempo2).

TABLA EJEMPLO

COEFICIENTES DE PERDIDAS MENORES

CALCULO DEL CAUDAL DE DEMANDA

CALCULO CAUDAL DE DEMANDA

3.

1.

EDITAR CURVA CARACTERISTICA

COEFICIENTE CONSUMO MAXIMO DIARIO

CURVA CARACTERISTICA PARA LA BOMBA

PARA INSERTAR UNA CURVA CARACTERISTICA BROWSER-CURVES

Las Curvas de Comportamiento son objetos que contienen pares de datos ordenados, los cuales representan una relación entre dos magnitudes.

CURVA CARACTERISTICA PARA LA BOMBA ejemplo

CURVA CARACTERISTICA

ejemplo

Curva Característica (de una Bomba)

La Curva Característica de una Bomba representa la relación entre la altura comunicada al fluido y el caudal de paso, a su velocidad nominal de giro. La altura es la energía comunicada al fluido por unidad de peso, o bien, la diferencia de presiones entre la salida y la entrada de la bomba, y se representa sobre el eje vertical Y, en metros (pies). El caudal se representa sobre el eje horizontal X, en las unidades de caudal elegidas. Para que la curva característica de una bomba sea

válida, la altura debe disminuir al aumentar el caudal.

Bombas

Las bombas son líneas que comunican energía al fluido elevando su altura piezométrica.

Los datos principales de una bomba son sus nudos de aspiración e impulsión y su curva característica a velocidad nominal (o relación entre caudal trasegado y la altura comunicada).

El flujo a través de una bomba es de sentido único, y EPANET no permite a la bomba operar fuera del rango delimitado por su curva característica.

ICONO PARA EDITAR UNA YA EXISTENTE

ICONO PARA CREAR UNA NUEVA

EN CASO DE QUE SE TENGAN DATOS DE VIVIENDAS O APARTAMENTOS POR UNIDAD DE AREA, SE ASUME UNA POBLACION DE 3 A 4 HABITANTES POR VIVIENDA

FLOW (CAUDAL DEMANDADO)(l/s)

HEAD (CARGA) (ALTURA ESTATICA:punto mas elevado al que requiero llevar agua)

Válvulas

Las válvulas son líneas que limitan la presión o el caudal en un punto

determinado de la red. Los datos principales de una válvula son:

• los nudos aguas arriba y aguas abajo

• el diámetro

• su estado

Los resultados asociados con una válvula son básicamente el caudal de paso y la

pérdida de carga.

COEFICIENTE CONSUMO MAXIMO HORARIO

4.

2.

CURVAS DE MODULACION

CURVAS DE MODULACION

ejemplo

CURVA DE MODULACION

ejemplo

Como ejemplo del modo en que se aplican las curvas de modulación

consideremos un nudo de demanda, con una demanda media de 10 l/s.

Supongamos que el intervalo de tiempo se ha establecido en 4 horas, y que la

curva de modulación asociada a dicho nudo es la siguiente:

Las Curvas de Modulación (o Patrones), son una secuencia de factores multiplicativos que, aplicados sobre un valor base, hacen que éste varíe con el tiempo. Las Curvas de Modulación se asocian a las demandas en los nudos.

EDITAR CURVA DE MODULACION

curva de demanda

PARA INSERTAR UNA CURVA DE DEMANDA BROWSER-PATTERNS

En tales circunstancias, la variación temporal de la demanda aplicada en dicho

nudo será:

ICONO PARA CREAR UNA NUEVA

ICONO PARA MODIFICAR UNA EXISTENTE

MAPA DE FONDO O BACKDROP

ESCALAR EL BACKDROP

1. contar con un mapa en coordenadas reales o con dimensiones reales, escala 1:1 o con otra escala establecida AUTOCAD (archivo .dwg o .dxf)

ESCALAR EL BACKDROP

CARGAR EL BACKDROP

2. En Autocad:

Inicio >Exportar>otros formatos>Metafile.wmf

Se selecciona el archivo .wmf

1. Se mide una longitud en autocad (cualquiera sobre el plano).

Con el fin de dibujar la red sobre el "plano" exportado, para evitar modificar las longitudes de las tuberías a mano, debemos tener activado en EPANET la opción

El modelo carga el mapa de fondo

En el menu:view>Backdrop>Load

Que se encuentra en la esquina inferior izquiera del display del software.

2. Se traza una linea de tuberia en EPANET y se verifica la longitud.

3. Se define una escala: Sc=LAutocad/LEPANET

4. Se establecen las dimensiones del área de dibujo.

Si por error esta opción se encuentra desactivada, las tuberías quedaran con una longitud errada y por defecto, lo que impedirá que la modelación sea exitosa, además implicara modificar desde el inicio dichas longitudes.

Se selecciona el area del dibujo que se quiere exportar en windows meta file .wmf, se le da la ruta y está queda guardada automaticamente luego de la selección.

ESCALAR EL BACKDROP

4.Se multiplican las coordenadas del Upper Right (esquina superior derecha) por el factor de escala previamente encontrado.

5. se establecen las unidades de medida de la longitud. Metros.

6. Se verifica que ambas longitudes sean ahora iguales. (LAutocad = LEpanet).

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