MANUAL DEL WATERCAD

WaterCAD/GEMS V8i, Water Distribution Design and Modeling, Basic Course (Spanish Edition Manual) Version V8i (SELECTseries 5) (metric) Bentley Institute Course Guide

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MODELACIÓN Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN USANDO WATERCAD/GEMS V8i

AGENDA CURSO – Modelación y Diseño de  sistemas de distribución de agua,  presentando WaterCAD/GEMS V8i    DIA 1 

DIA 2 

Fundamentos de Hidráulica, Generalidades de la  Modelación Hidráulica y Elementos de los Modelos  Hidráulicos 

Integración con Datos Externos y GIS, Asignación  Automática de Demandas y elevaciones 

 09:45 – Inicio Curso 

 08:30 – Inicio Jornada 

 Presentación Línea Bentley para Modelación de 

 Integración con Datos Externos y Sistemas de 

Sistemas de Distribución 

Información Geográfica (GIS) 

 Conceptos Básicos de Hidráulica 

 ModelBuilder, construcción automática de modelos 

 DEMO: Un paseo por WaterGEMS V8i SS5 

 Taller 3 – Construcción automática de un Modelo  usando ModelBuilder  

 Generalidades de la Modelación de Redes de 

 DEMO: Construcción de modelo desde Archivo CAD 

Distribución 

 Taller 1 – Construyendo una red a escala 

 

 

 12:00 – 13:30 – Receso Mediodía 

 12:00 – 13:30 – Receso Mediodía   

 Elementos Especiales de Modelación 

 Asignación Espacial de Demandas 

 Taller 2 – Bombas, Tanques y válvulas 

 Taller 4 – Asignación Automática de Demandas con  LoadBuilder 

   

 Importación de Elevaciones basado en MDE con TRex 

 

 Taller 5 – Importación de Elevaciones usando TRex 

 

 

 17:00 – Sesión de Preguntas y Discusión          Convenciones: 

 Sesión Teórica / Lectura 



Demostración Software / Ejercicio Práctico 

 17:00 – Sesión de Preguntas y Discusión 

MODELACIÓN Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN USANDO WATERCAD/GEMS V8i

AGENDA CURSO – Modelación y Diseño de  sistemas de distribución de agua,  presentando WaterCAD/GEMS V8i   

DIA 3 

DIA 4 

Análisis de Criticidad, Flujo contra incendio y  calibración de modelos en estado estático 

Simulación en Período Extendido (SPE), análisis de  costos de energía, Diseño de una red 

 08:30 – Inicio Jornada 

 08:30 – Inicio Jornada 

 Análisis de criticidad en redes de distribución 

 Simulación en Período Extendido (SPE) 

 Taller 6 – Válvulas de aislamiento y análisis de 

 Taller 9 – SPE y evaluación de costos de energía 

segmentos críticos 

 Análisis automático de capacidad de caudales contra  incendio.   

 12:00 – 13:30 – Receso Mediodía   

 DEMO: Detección de fugas mediante WaterGEMS     

 12:00 – 13:30 – Receso Mediodía     

 

 Taller 7 – Análisis automatizado de flujo contra  incendio 

 Calibración de modelos hidráulico en estado  estático 

 Optimización de modelos de simulación 

 Taller 10 – Dimensionamiento y herramientas de  diseño optimizado   

 Taller 8 – Calibración de Modelos Hidráulicos     

 17:00 – Sesión de Preguntas y Discusión                Convenciones: 

 Sesión Teórica / Lectura 



Demostración Software / Ejercicio Práctico 

 17:00 – Sesión de Preguntas y Discusión 

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AGENDA CURSO – Modelación y Diseño de  sistemas de distribución de agua,  presentando WaterCAD/GEMS V8i   

DIA 5 

 

Planeación de renovación de redes, Vaciado de  redes, introducción a los Fenómenos Transitorios 

 

 08:30 – Inicio Jornada 

   

 Taller 11 – Planeación para renovación de redes     

 12:00 – 13:30 – Receso Mediodía     

 Taller 12 – Estrategias de vaciado en redes     

 Introducción a los Fenómenos Transitorios 

 DEMO: Un paseo por HAMMER   DEMO: Análisis del fenómeno transitorio en una  línea de conducción     

 17:00 – Sesión de Preguntas y Discusión              Convenciones: 

 Sesión Teórica / Lectura 



Demostración Software / Ejercicio Práctico 

 

Curso  de  Modelación  y  Diseño  de  Sistemas  de  Distribución  usando  WaterCAD / GEMS   V8i 

ENUNCIADO DE LOS TALLERES

BENTLEY WaterCAD / GEMS V8i SS5

Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución usando WaterCAD/GEMS

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Construyendo una red contra incendio a escala    Usted dibujará el sistema de distribución de agua  para una pequeña subdivisión localizada junto a un  cerro.  Luego alimentará la nueva red a través de un tanque con una elevación de 198 m en la base y de 207 m en el  borde.    OBJETIVO: Diseñar todas las tuberías en la subdivisión para que pueda entregar un caudal contra incendio de  60 l/s.    Para  lograr  este  objetivo  vamos  a  utilizar  los  administradores  de  escenarios  y  de  alternativas  disponibles  en  WaterCAD/GEMS para crear tres distintas simulaciones:    Simulación 1  Se realizará la simulación bajo las condiciones normales de demanda y con los diámetros de tubería actuales.  Se asumirá una demanda de 1.3 l/s para todos los nodos y diámetros de 150 mm para todas las tuberías.    Simulación 2  Esta simulación cuenta con evento de incendio que genera una demanda adicional de 60 l/s en el nodo J‐6.    Simulación 3  Se modificarán los diámetros originales para que la red sea capaz de soportar el caudal de flujo contra incendio  con presiones adecuadas en el sistema.                                                  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.   Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420 

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Esquema objetivo   

   

 

 

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Configuración básica del modelo    Ejecute WaterCAD/GEMS®. Elija New en el menú File o haga Clic en el Icono respectivo.    WaterCAD/GEMS®  tiene  la  capacidad  de  trabajar  con  varios  fluidos  a  diferentes  temperaturas  al  igual  que  con  diferentes  métodos de fricción.     Para definir las opciones de cálculo, elija la  opción  Calculation  Options  que  encuentra  en el menú Analysis o presione [Alt+3]    En  este  diálogo  y  sus  distintas  categorías,  usted  puede  configurar  estas  opciones  y  otras relativas a la forma de ingreso de los  datos.    Indique  que  va  a  trabajar  con  agua  a  una  temperatura  de  20°  C  y  que  va  a  usar  la  ecuación de Hazen‐Williams.     El  programa  dispone  de  un  módulo  de  librerías  que  le  permitirá  guardar  entre  otras  configuraciones  y  valores  de  los  fluidos de su interés.                        

  

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Con  respecto  a  las  opciones  generales del proyecto, es necesario  definir  el  sistema  de  unidades  de  nuestra  preferencia,  los  colores  de  fondo  y  frontales,  así  como  los  tamaños de los textos y símbolos.    Para configurar estas definiciones, ir  a Options en el menú Tools.    En la pestaña  definiremos  los  colores  de  fondo  de  nuestra  preferencia  y  estableceremos  en  la  parte  de  abajo  que  el  estilo  de  dibujo  y  de  manejo  de  Zoom  sea  similar al de una herramienta CAD.    Igualmente,  para  este  taller  definiremos  como  unidades  de  nuestra  preferencia  el  Sistema  Internacional  (SI).  En  la  pestaña    en  el  menú  desplegable  Reset  Defaults  escoger  “System  Internacional”       

                         

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  Con  respecto  a  las  escalas,  si  estuviéramos  usando  la  versión  de  para  las  WaterCAD/GEMS®  plataformas  AutoCAD  o  MicroStation,  trabajaríamos  directamente  a  escala  sobre  un  archivo  DWG,  DGN,  DXF  o  un  Shapefile.     Sin embargo como estamos usando  la  versión  Stand‐Alone,  tenemos  la  flexibilidad  de  trabajar  esquemáticamente o a escala.     En  la  etiqueta    indique  que  está  usando  un  fondo  a  escala  seleccionando Scaled.     Utilice  la  escala  horizontal  indicada  en la figura e introduzca un tamaño  de  5  para  los  símbolos  y  textos.  Seleccione el botón OK.    Consejo:  Haga  un  recorrido  por  las  diferentes  pestañas  que  ofrece  el  cuadro  de  diálogo  Options  y  familiarícese  con  la  gran  cantidad  de opciones existentes.                                        © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.   Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420 

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Ahora, elegiremos el archivo DXF que sirve de fondo y representa la geografía de la subdivisión.    Para elegir el archivo DXF que nos servirá de guía para el dibujo,  debemos ubicarnos en el lateral izquierdo de la interfaz, en la  sección Background Layers.    Si no está desplegado simplemente vaya al menú View y elija  Background Layers.    El primer botón de la izquierda es el botón New, seleccione New  File para insertar un archivo DXF como background.    El nombre de este archivo es Taller1.dxf. Seleccione el fólder  donde se encuentren sus talleres para buscar y seleccionar el  archivo. Haga clic en el botón Open y defina las propiedades del  archivo DXF de la siguiente manera:     

  Haga clic en OK y aparecerá el archivo DXF de fondo.   Si no aparece el archivo la primera vez, presione el botón Zoom Extents  superior para obtener una vista de toda la extensión del modelo. 

  

 de la barra de herramientas 

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Antes de iniciar el dibujo de la Red, haremos uso de la herramienta Prototypes, que permite definir los valores  por defecto que tendrán los elementos de la Red.    Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al menú View y  seleccione Prototypes o presione [ctrl+6]    En esta ventana usted puede determinar prototipos para  cada uno de los elementos de WaterCAD/GEMS  especificando las características que serán ingresadas por  defecto cada vez que se crea un nuevo elemento.    En este ejercicio sólo vamos a determinar un prototipo  para las tuberías pero en un proyecto real, el usuario  puede crear distintos prototipos para diferentes elementos  y también cambiar los mismos durante el proceso de  dibujo.    Seleccionando la categoría Pipe, haga clic en el botón New  para crear un nuevo prototipo de tubería.    Use la ventana de propiedades del prototipo tuberías de  presión para definir una tubería de PVC con un diámetro  de 150 mm en el campo Diameter y un factor C de 150 en  el campo Hazen‐Williams C.    Observe que en el campo Material, ya existe una librería de  ingeniería con los parámetros físicos de diferentes  materiales. Al seleccionar el material PVC existente, los  valores de rugosidad serán adoptados por el programa.        Como no usaremos ningún otro prototipo, podemos cerrar  este cuadro de dialogo.    Luego haga clic en el botón Save  archivo.   

 

para guardar el 

 

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Dibujo del modelo      Ahora dibuje la red tal como se muestra en el siguiente dibujo. Inicie en el tanque T‐1 y dibuje  progresivamente P‐1, P‐2, P‐3, P‐4, P‐5 y P‐6. Luego dibuje P‐7 y P‐8. Finalmente dibuje P‐9 (uniendo J‐7 y J‐4) y  P‐10.     

    NOTA: MUCHA ATENCIÓN EN LA NUMERACION DE LAS TUBERIAS!    Pistas:    ‐ Utilice las herramientas de dibujo a la izquierda de la ventana de WaterCAD/GEMS®.  ‐ No se preocupe por la longitud de la tubería P‐1, Ud. la definirá más adelante.  ‐ Dibuje el sistema en el orden que determina la numeración de las tuberías en el dibujo  ‐ Para seguir el contorno del fondo, agregue quiebres en P‐7 y P‐4, haciendo clic derecho y luego en Bend.   

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Edición del modelo    Con  WaterCAD/GEMS®    Stand‐Alone  usted  puede  trabajar  en  el  mismo  archivo  de  forma  simultánea  con  elementos  a  escala  y  esquemáticos.  Ya  que  la  localización  del  tanque  no  es  exacta,  usaremos  una  longitud  definida por usuario para la tubería P‐1 dado que actualmente ha sido calculada según la escala del dibujo DXF.    Haga  clic  sobre  la  tubería  P‐1.  Puesto  que  debemos  ingresar manualmente la longitud de esta tubería.     En  la  ventana  propiedades  para  la  tubería  P‐1,  diríjase a la categoría de parámetros físicos (Physical)  y el campo Has User Defined lenght? defínalo como  verdadero para poder ingresar manualmente el valor  real de la longitud de esta tubería.    Defina  para  esta  tubería  una  longitud  especificada  de 140 m tal y como se muestra en la figura.     

   

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Ahora modificaremos las características del tanque  haciendo  clic  sobre  el  símbolo  del  mismo  en  el  dibujo,  y  revisando  los  parámetros  incluidos  en  la  ventana de propiedades    La  primera  categoría  cuyos  parámetros  debemos  definir  es  la  de  Rangos  Operativos  (Operating  Range).  Para  este  ejercicio  definiremos  el  tanque  por los valores de elevación de su lámina de agua  (podríamos  hacerlo  también  por  sus  niveles  en  relación a su fondo o base).    Por  tanto  debemos  definir  las  elevaciones  de  la  siguiente manera:  ‐ Elev. Base: 198 m (Dato Opcional)  ‐ Elev. Mínima: 198 m  ‐ Elev. Inicial: 203 m  ‐ Elev. Máxima: 207 m     Importante: A partir que el tanque alcance el nivel  mínimo,  el  programa  considerará  que  el  tanque  está  vacío  desde  el  punto  de  vista  hidráulico.  Ver  Esquema.   

    Finalmente  en  la  categoría  de  datos  físicos  (Physical)  definimos  al  tanque  con  una    Sección  Circular y un diámetro de 15 m.    Nota:  Verifique  en  este  punto  que  se  encuentre  trabajando en unidades del SI.      Para ingresar los valores de demanda en los nodos podríamos hacer uso de distintas herramientas, en este  caso utilizaremos el Administrador o Centro de Control de Demandas (Demand Control Center), que se  encuentra como opción en el menú Tools o como el botón   

 de la barra de herramientas. 

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Bajo el menú desplegable del botón  New, seleccione Initialize Demands  for All Elements.    Para ingresar los valores de  demanda nos aseguraremos que las  unidades están en litros por  segundo.    Para tal fin, haga clic con el botón  derecho del mouse en la columna de  demanda (Demand (Base)) y  seleccione Units and Formatting…       

 

Nota: El campo ID, corresponde al identificador que WaterCAD/GEMS le asigna a cada elemento del modelo. El  uso de este campo es exclusivamente interno. No se preocupe si en su modelo, los números ID que aparecen  no corresponden a los de su tabla, esto no tiene ninguna incidencia.   

Seleccione en el nuevo cuadro de dialogo L/s  como la unidad de demanda con 2 decimales  de precisión.    Haga clic en OK.   

 

Ahora  vamos  a  asignarle  a  todos  los  nodos  una  demanda  de  1.30  l/s.  Para  esto  podemos  hacer  uso  de  la  función Global Edit. Haga clic derecho de nuevo en la columna Demand (Base), y seleccione Global Edit.   

Seleccione Set como la operación (Operation),  y  digite  1.30  como  el  valor  para  configurar  globalmente  las demandas de  todos los nodos  a 1.30 l/s. 

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Ahora la tabla del Centro de Control de Demandas, debe mostrar como demanda base 1.30 L/s en todos los  nodos.  Presione el botón Close para cerrar la tabla.    Para  ingresar  las  elevaciones  de  las  uniones,  vaya  a  la  opción  de  reportes  Nodo  Elevación (m)  tabulares (Menu View/Flex Tables) y expanda la categoría Tables – Predefined  J‐1  189  haciendo doble clic en el reporte de nodos (Junction Table).  A esta  tabla  puede también acceder a través del botón   en las  barra de  herramientas cuyo menú desplegable muestra la tabla Junctions.    Ingrese las elevaciones de la tabla de la derecha para cada nodo. Asegúrese que  los  nombres  de  los  nodos  (J‐1,  J‐2,…etc)  coincidan  con  los  indicados  en  las  tablas como así también el orden de los mismos.      Nota: Haciendo clic derecho en la Columna Label, puede ordenar en orden  acendente/descendente. Antes de ingresar los datos verifique su  ordenamiento.    La tabla de uniones debiera  visualizarse de la siguiente manera:    De esta manera hemos configurado  la  topología  de  la  red,  y  podemos  proceder  a  las  simulaciones  requeridas.  Recuerde  que  para  tuberías  previamente  habíamos  establecido  un  prototipo  que  establecía su material y diámetro.     

J‐2 

184 

J‐3 

177 

J‐4 

166 

J‐5 

155 

J‐6 

177 

J‐7 

177 

J‐8 

183 

J‐9 

149 

  IMPORTANTE:  La  columna  “ID”  que  aparece  en  las  tablas  de  WaterCAD/GEMS  se  refiere  a  un  identificador  interno que utiliza el programa para relacionar y numerar tanto elementos topológicos del modelo como otros  atributos de configuración que usa el Software.    Es  posible  que  en  su  modelo  y  sus  tablas  estos  números,  no  coincidan  con  las  capturas  de  pantalla  que  se  presentan en el texto de este taller. No se preocupe esto no tiene ninguna implicación.                © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.   Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420 

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Simulación 1 ‐ Escenario actual    Ahora  estamos  listos  para  correr  el  modelo.  Para  estos nos desplazaremos al cuadro de dialogo de los  escenarios  de  modelación  (Menu  Analysis/Scenarios).    Para  el  escenario  Base  que  por  defecto  ha  sido  creado,  observamos  en  las  opciones  de  cálculo  que  se  trata  de  un  cálculo  simplemente  hidráulico  (Hydraulics Only) y el tipo de análisis (Time Analysis  Type) es en Estado Estático y no incluye cálculos de  calibración, flujo contra incendio, ni calidad del agua.    Haga  clic  en  el  botón  Compute  .  Cuando  la  simulación  se  haya  completado,  usted  verá  la  ventana  de  resultados para el escenario actual. Si usted ingresó los datos correctamente, su ventana de resultados se verá  de la siguiente manera:   

Observamos que no existe ningún de error de cálculo simplemente algún mensaje informativo o de  advertencia indicándonos que el tanque como única fuente de este sistema se está vaciando. Haga clic en  close para salir de esta ventana.    Ahora  estamos  listos  para  ver  los  resultados  haciendo  uso  de  los  reporte  tabulares.  Para  esto  simplemente  accedemos al cuadro de dialogo FlexTables y en las tablas predefinidas hacemos doble clic en Junction Table.    Bajo  el  reporte  tabular  de  nodos,  examine  las  presiones  (columna  Pressure)  y  piezométricas  (columna   Hydraulic  Grade).  De  manera  análoga,  examine  la  tabla  de  tuberías  (FlexTables  ‐>  Predefined  Tables/Pipe  Table). Compare sus resultados con los de la tabla de resultados.    © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.   Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420 

 

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Asegúrese que las unidades en la tabla de tuberías estén de acuerdo con aquellas en la tabla de respuestas. Si  no es así, modifique las unidades en los reportes tabulares haciendo clic en el botón derecho en la columna,  seleccionando  las  unidades  y  formatos  deseados  “Units  and  Formatting…”  y  haciendo  los  cambios  apropiadamente.      Pista:    ‐ Para observar las velocidades u otro parámetro, es posible que deba modificar la tabla de tuberías “Pipe  Table” para agregar los parámetros o campos deseados (consulte con el instructor en caso de dudas)     

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Simulación 2 – Evento de Incendio    En esta simulación vamos a modelar un evento contra incendio en el nodo J‐6 del sistema. El caudal necesario  para atacar el incendio se ha estimado en 60 l/s.    Para modelar este escenario adecuadamente vamos a crear una nueva alternativa de demanda basada en la  alternativa base con la que se corrió la Simulación 1.    Para  crear  la  nueva  alterativa,  seleccione  del  menú  principal  Analysis  y  luego  Alternatives  o  haga  Clic  en  el  botón   de la barra de herramientas.    Seleccione y expanda la alternativa de Demanda en el árbol de alternativas tal y como lo indica esta pantalla.   

  Al  expandir  las  alternativas  de  demanda  aparecen  las  diferentes  alternativas  de  demanda  que  están  disponibles,  en  este  caso  a  partir  de  la  existente  Base‐Demand,  crearemos  una  nueva  alternativa  “hija” de la existente.    El  crear  un  “hijo”  de  la  alternativa  existente,  nos  permitirá  conservar  la  mayoría  de  los  valores  de  demanda.    Seleccionando    Alternativa  Base  Demand,  hacemos  clic  en  el  botón  derecho  del  mouse  y  seleccione  New/Child  Alternative  una  vez  creada  la  nueva  alternativa la renombraremos haciendo clic derecho  como “Demanda de Incendio en J‐6”       

La  nueva  alternativa  aparece  en  la  jerarquía  como  “hijo” de la anterior.    Esto puede identificarse porque la nueva alternativa  se encuentra “desplazada” hacia la derecha.    Ahora simplemente haga doble clic en la Alternativa  Demanda  de  Incendio  en  J‐6,  y  seleccionando  el  nodo  J‐6  ingrese  una  demanda  de  60  L/s  por  concepto de caudal de incendio.    El  cuadro  de  dialogo  debe  aparecer  como  se  muestra en la siguiente tabla:   

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  Note que el resto de demandas se conservan en 1.3 heredando la información de la alternativa “padre”. Haga  clic en el botón Close para cerrar esta ventana.     Ahora  vamos  a  crear  un  escenario  que  tenga  en  su  configuración  esta  nueva  alternativa  de  demanda.  Los  escenarios permiten almacenar alternativas de diferentes tipos incluyendo las de demanda.    De  esta  forma  la  composición  de  las  diferentes  alternativas  constituyen  un  escenario  que  se  puede  simular,  analizar y comparar sus resultados.      Para  crear  el  nuevo  escenario  seleccione  Analysis  y después Scenarios del menú principal.    Se le presentara una ventana como la indicada a la  derecha.    De  manera  análoga  a  lo  realizado  el  dialogo  de  Alternativas,  estando  seleccionado  el  escenario  Base,  hacemos  clic  en  botón  derecho  y  seleccionamos New/Child Scenario.      A  este  nuevo  escenario,  lo  renombraremos  como  “Incendio en J‐6”   

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Hasta ahora el nuevo escenario ha heredado las alternativas Base que constituían al escenario padre. Para  modificar esta configuración y asignar diferente(s) tipos de alternativa, simplemente debemos hacer doble‐clic  en el escenario Incendio en J‐6.      Instantáneamente la ventana de propiedades,  nos indicará las alternativas vigentes.    Para modificar alternativas en un escenario  determinado debe seleccionar la categoría  correspondiente a la izquierda del cuadro de  dialogo.    En este caso seleccionamos la Alternativa de  Demanda y seleccionamos del menú  desplegable Demanda de Incendio en J‐6.    Todas las demás alternativas serán las mismas  que para la Simulación 1.    Vuelva al cuadro de dialogo de escenarios, para  ejecutar la simualcion de este nuevo escenario. 

     

 

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Haga clic en el menú desplegable del Botón  Compute y seleccione Batch Run… del conjunto de  opciones desplegadas.    Con esta herramienta usted puede correr todos o  algunos de los escenarios simultáneamente. En  este caso solo vamos a correr el escenario nuevo.    Active la caja para el escenario Incendio en J‐6 y  haga clic en Batch.   

  Se le presentara con un mensage de confirmacion;  haga clic en Yes. 

  Luego obtendrá un mensaje de finalización. Haga  clic en OK. 

  Cierre  el  Administrador  del  Escenarios,  pero  antes  haga  activo  el  escenario  Incendio  en  J‐6,  simplemente   o  haciendo  clic  derecho  en  el  estando  parado  en  el  escenario  haga  clic  en  el  Botón  “Make  Current”  Mouse.    Si desea ver el cuadro resumen de la simulación de este escenario, puede ir al el menú Analysis/Calculation  Detailed  Summary  donde  observara  que  para  este  escenario  se  presentan  advertencias  por  la  existencia  de  valores negativos de presión.    Analice los resultados de esta segunda simulación utilizando los reportes tabulares y compare con la tabla al  final de este ejercicio. Nuevamente asegúrese que el escenario Incendio en J‐6 se encuentra seleccionado al  momento de analizar un reporte tabular con los resultados del mismo.      © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.   Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420 

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Simulación 3 – Incendio con nuevos diámetros    De acuerdo a nuestras simulaciones anteriores concluimos que el sistema de tuberías de 150 mm, no funciona  adecuadamente bajo el escenario de incendio en J‐6. Las áreas con problema son probablemente las tuberías  con las velocidades y gradientes de pérdidas más altos. Observe las tuberías con las velocidades y pendientes  de fricción más altas en las tablas.     En  la  siguiente  simulación  vamos  a  aumentar  el  tamaño  de  las  tuberías  para  lo  cual  es  necesario  crear  un  nuevo  escenario,  repitiendo  el  proceso  anterior  pero  esta  vez  creando  y  modificando  una  nueva  alternativa  Física. Vamos a conservar la misma alternativa de demanda del escenario pasado para tener en cuenta el flujo  de incendio en J‐6.    Vamos a cambiar los diámetros de las tuberías P‐3, P‐4, P‐5 y P‐6 a 200 mm y las tuberías P‐1 y P‐2 a 250 mm.    Diríjase  al  menú  Analysis  y  después  Alternatives  o  simplemente  presione  el  Botón  de  Alternativas  que  encontrara en la barra de herramientas.    Seleccione  y  expanda  la  categoría  de  parámetros  físicos  (Physical).  Seleccionando  la  alternativa  Base  Physical,  haga  clic  en  botón  derecho  y  seleccione  New/Child Alternative.    Nombre  la  nueva  alternativa  “Diámetros  Nuevos”.  Teniéndola seleccionada haga doble clic y en la tabla  de características físicas seleccione la etiqueta Pipe.            Modifique los diámetros de las tuberías P‐1 a P‐6 de acuerdo al enunciado de esta simulación, en la columna  Diameter (diámetro).      El cuadro de dialogo debe aparecer de la siguiente forma:     

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    Usted ha creado una nueva alternativa. Haga clic en Close de nuevo para salir de la ventana de Alternativas.       Desde el menú principal desplegable, seleccione  Analysis y después Scenarios para construir un nuevo  escenario usando esta alternativa de nuevos  diámetros.     Teniendo  seleccionado  el  escenario  “Incendio  en  J‐6”  vaya  al  menú  de  desplegable  del  botón  Nuevo,  haga  clic en Child Scenario.    Teclee el nombre del escenario como “Con diámetros  nuevos”.          Para definir el grupo de alternativas que configuraran o caracterizaran a este nuevo escenario, hacemos doble‐ clic en el escenario Con diámetros nuevos, inmediatamente la ventana de propiedades nos indicara las  distintas categorías para las alternativas.           

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Observe nuevamente como el escenario hijo  hace uso de una estructura de herencias en  la conformación de sus alternativas.    Seleccione la alternativa física Diámetros  Nuevos para este escenario (Physical).     Verifique que Demanda de Incendio en J‐6  esté activa como la alternativa de demanda  (Demand).    Haga clic en Close. 

    Haga clic en el menú desplegable del Botón  Compute y seleccione Batch Run… del conjunto de  opciones desplegadas.    Selecciones el escenario Con diámetros nuevos y  haga clic en Batch.   

 

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Se le presentará un mensage de confirmacion;  haga clic en Yes y otra vez OK. 

  Cierre  las  confirmaciones  y  analice  los  resultados  asegurándose  que  el  escenario  correcto  esta  seleccionado  (Make Current).      Si usted termina el problema antes de tiempo, trate crear un nuevo escenario en el cual cambien los factores  de C a 130 usando otra alternativa física, para ver los efectos que produce este cambio en los resultados de  Presión a lo largo de la Red.     

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Resultados    Nota: Dado a que utilizamos un dibujo a escala, algunos valores pueden ser levemente diferentes a los de sus  compañeros e instructor, pero deben estar muy cercanos.    Simulación 

1 

2 

3 

Escenario 

Base 

Incendio en J‐6 

Incendio en J‐6 con  diámetros nuevos 

Presión (Pressure) en J‐1 (m H2O) 

 

 

 

Presión (Pressure) en J‐6 (m H2O) 

 

 

 

Presión (Pressure) en J‐9 (m H2O) 

 

 

 

Piezométrica (HGL) en J‐5 (m) 

 

 

 

Velocidad (Velocity) en P‐1 (m/s) 

 

 

 

Velocidad (Velocity) en P‐6 (m/s) 

 

 

 

Caudal (Flow) en P‐3 (l/s) 

 

 

 

Caudal (Flow)en P‐7 (l/s) 

 

 

 

Tubería con mayor gradiente de pérdidas 

 

 

 

Gradiente de pérdidas de esa tubería (m/km) 

 

 

 

   

Discusión    1. Aunque J‐9 está ubicada lejos de la fuente, ¿por qué la presión en ese punto es tan alta?      2. ¿Qué significan las presiones negativas para la simulación de Incendio en J‐6? ¿Qué le sucede realmente al  sistema?      3. ¿Cómo cambia la división de flujo entre las tuberías 3 y 7 cuando usted cambia los diámetros? ¿Por qué?       4. ¿Cómo pudiera afectar el diseño si usted tuviera otra fuente de agua disponible cerca de la carretera en J‐9?      5. ¿Qué más puede hacer el diseñador para mejorar las presiones?        © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.   Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420 

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Construyendo una Red incluyendo Bombas, Tanques y Válvulas   

Objetivo General    Usando  el  sistema  de  distribución  de  agua  de  la  figura  de  abajo,  construiremos  un  modelo  conteniendo  un  tanque, un reservorio, una bomba y tres válvulas reductoras de presión (PRV).    Vamos a llevar a cabo dos simulaciones que nos permitirán analizar el comportamiento del sistema, la bomba y  las  válvulas  reductoras  de  presión  bajo  ciertas  condiciones  de  análisis.  El  primer  escenario  contará  con  una  demanda normal, y el segundo tendrá una demanda adicional en el nodo J‐4.    Las  tuberías  del  sistema  son  de  hierro  fundido  (Cast  Iron)  y  tienen  diez  años  de  antigüedad  por  lo  cual  les  asignaremos un coeficiente de rugosidad C (Hazen‐Williams) de 100.     T-1 P16

J-7

P-12

J-8

P-1 1

3 P-1

P-1

PMP-1

P-2

J-1

P-10

J-6

J-5

P-9

P-8

P-14

R-1

PRV-2

J-2 P-4

PRV-1

P-5

P-7

P-15

P-3

PRV-3

J-3

P-6

J-4

  NOTA: No comience el dibujo o trazado de la Red, hasta no haber leído el enunciado completo e instrucciones  generales en las siguientes 5 páginas.   

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD ‐ WaterGEMS:   Familiarizarse con la interfaz de WaterCAD/GEMS  

Trazar una red e ingresar los datos de los elementos 



Configurar prototipos de elementos 



Ingresar definiciones de bombas y datos complementarios 



Modelar válvulas reductoras de presión (PRVs) y Tanques en una Red     

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Configuración básica del modelo   

Creación de un nuevo proyecto de WaterCAD/GEMS  1. En su escritorio, haga Doble clic en el  ícono de WaterCAD V8i o WaterGEMS  V8i o diríjase al botón de Inicio  /Programas/Bentley/ para encontrar el  acceso directo. A continuación recibirá  la siguiente ventana de bienvenida.  2. Clic en Create a New Project. Si la  ventana de bienvenida no estuviera  abierta seleccione el menú File/New.  3. Una vez el nuevo proyecto haya sido  creado, diríjase al menú File/ Save As.  Nombre como Taller 2.wtg su modelo y  haga clic en el botón Save.   

Configuración de las Propiedades del Proyecto (Opcional)  Un primer paso recomendable  será ingresar las propiedades del proyecto. Aunque esto no es obligatorio,  siempre es recomendable agregar información relativa y notas adicionales al modelo.  1. Haga clic en el Menú File/Project Properties.  2.  En el cuadro de diálogo, ingrese una información más descriptiva del título que tendrá este proyecto,  del nombre del ingeniero proyectista, su empresa. Finalmente, tiene un campo de Notas donde puede  agregar observaciones que faciliten la revisión del modelo por parte de una tercera persona. Haga clic  en  una vez complete la información. 

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Definición de Opciones del Proyecto  A continuación, será necesario definir algunas opciones generales y de dibujo del proyecto antes de comenzar  el dibujo del sistema.  1. Haga clic en el Menú Tools/Options.  2. En la pestaña “Units” vaya al menú desplegable Reset Defaults y seleccione Sistema Internacional, para  asegurarse que este será el sistema de unidades que por defecto adoptará cada parámetro. 

    3. En este taller trabajaremos en forma esquemática (es decir, la longitud en el dibujo no es la real, pero  el esquema es proporcional). Seleccione entonces la pestaña “Drawing” y defina el modo de dibujo  (Drawing Mode) como esquemático (Schematic) y seleccione los multiplicadores de tamaño de  símbolos y anotaciones como 2.0 tal y como se ilustra:   

 

  4. Finalmente, haga clic en OK para aceptar los cambios realizados.   

Nota: Al escoger la opción de dibujo como esquemática, esto implicará que usted estará ingresando  manualmente las longitudes de la tubería en lugar de usar longitudes escaladas que serían calculadas  automáticamente por el programa.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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  Siempre  deberá  tener  en  cuenta  que  al  crear  nuevos  modelos  es  necesario  en  primera  instancia  definir  la  configuración  básica del proyecto.    WaterCAD/GEMS®  tiene  la  capacidad  de  trabajar  con  varios  fluidos  a  diferentes  temperaturas  al  igual  que  con  diferentes  métodos de fricción.    Para definir las opciones de cálculo, abra el  cuadro de diálogo Calculation Options que  encuentra  en  el  menú  Analysis  o  presione  [Alt+3].   

 

    Sobre  la  categoría  Steady  State/EPS  Solver  (opciones  de  cálculo  para  régimen  permanente)  haga  doble  clic  sobre  “Base  Calculations  Options”  para  desplegar  la  ventana de propiedades    En  este  caso  aceptaremos  las  configuraciones  por  defecto.  Esto  es  la  ecuación de Hazen‐Williams como método  de fricción, y como líquido, seleccione agua  a 20° C.    Los valores intrínsecos del fluido proceden  de  las  librerías  de  ingeniería  previamente  creadas  en  el  programa,  pero  estas  librerías  pueden  ser  personalizadas  por  el  usuario.   

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Como se ha anotado, el programa ofrece la posibilidad determinar prototipos para cada uno de los elementos  de WaterCAD/GEMS.    Para visualizar este cuadro de dialogo, vaya al menú View y  seleccione Prototypes.    En esta ventana usted puede determinar prototipos para  cada uno de los elementos de WaterCAD/GEMS  especificando características que serán ingresadas por  defecto cada vez que se crea un nuevo elemento.    En este ejercicio solo vamos a determinar un prototipo  para las tuberías a presión (Pipe) no obstante el modelador  tiene la posibilidad de crear tantos prototipos como sea  necesario.    Expanda la categoría Pipe, haga clic en el botón New para  crear el nuevo prototipo (escoja el nombre de su  preferencia) y a continuación configuraremos este  prototipo en la ventana de propiedades.    Como primera medida en la tabla de propiedades del prototipo, elegiremos hierro fundido (Cast Iron) como el  Material.  Para  hacer  esto  seleccionamos  material  en  los  parámetros  físicos  (physical)  y  haremos  clic  en  el  botón ellipsis  , y se desplegará esta nueva ventana con la librería de materiales que al expandir la lista nos  mostrara el material Hierro Fundido.   

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Para  seleccionar  el  material  simplemente  haga  clic  en el botón .    Note  que  la  rugosidad  original  para  las  tuberías  de  hierro fundido es 130 según la librería de ingeniería  de  WaterCAD/GEMS®.  Sin  embargo  dado  que  la  tubería  tiene  10  años  de  antigüedad  vamos  a  cambiar  la  rugosidad  por  100.  Esto  se  realiza  en  el  campo Hazen‐Williams C.     Para  definir  el  diámetro  del  prototipo  de  tuberías  definiremos  200  mm,  así  mismo  definimos  como  verdadera la pregunta de si la longitud estar definida  por  el  usuario  (Has  user  defined  lenght?)  y  establecemos una longitud definida por el usuario de  460 m (Lenght User Defined)    El prototipo de tubería finalmente quedara como se  muestra  a  continuación.  Como  no  usaremos  ningún  otro prototipo, podemos seguir adelante.       

    En el menú desplegable principal  File seleccione Save para guardar el archivo.     

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Construcción del modelo      Dibuje el siguiente sistema con la herramienta de dibujo.        T-1 P16

J-7

P-12

J-8

P-1 1

3 P-1

P-1

PMP-1

P-2

J-1

P-10

J-6

J-5

P-9

P-8

P-14

R-1

PRV-2

J-2 P-4

PRV-1

P-5

P-7

P-15

P-3

PRV-3

J-3

P-6

J-4

      Pistas:  ‐ Empiece por el reservorio y dibuje P‐1, P‐2 y el loop P‐3, P‐4, P‐5, P‐6, P‐7, P‐8, P‐9 y P‐10 cambiando de nodo  final con el botón derecho cuando sea necesario cambiar de elemento..  ‐ Posteriormente dibuje el loop P‐11, P‐12 y P‐13 arrancando de J‐1.  ‐ Luego dibuje P‐14 y P‐15.  ‐ Finalmente dibuje P‐16 y el tanque T‐1    Importante:  Las  válvulas  reductoras  de  presión  deben  dibujarse  en  la  dirección  para  la  cual  se  ha  planeado  deben funcionar, dado que se trata de un elemento de regulación basado en el concepto del sentido del flujo.  Sin embargo no se preocupe por esto ahora, más tarde lo revisaremos para cada válvula.              © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Edición del modelo  Para ingresar los valores de elevaciones y demanda en nodos podríamos hacer uso de distintas herramientas o  introducir cada dato a través de la ventana de propiedades, en este caso haremos uso del centro de control de  demandas y de los reportes tabulares. Los datos a usar aparecen en la siguiente tabla:  Datos para los nodos   

J‐1  J‐2 

Elevación (m) (Elevation)  250  265 

Demanda (l/s) (Base Flow)  3.2  3.2 

J‐3 

235 

4.7 

J‐4  J‐5 

235  270 

3.2  4.7 

J‐6  J‐7 

270  277 

5.0  0.0 

J‐8 

276 

3.2 

Nodo 

  Ejecute el Centro de Control de Demandas (Demand Control Center), que se encuentra como botón en la barra  de herramientas   o como opción en el menú Tools. Luego, bajo el menú desplegable del botón New,  seleccione Initialize Demands for All Elements.    Para ingresar los valores de  demanda nos aseguraremos que las  unidades están en litros por  segundo.    Para tal fin, haga clic con el botón  derecho en la columna de demanda  Demand (Base) y seleccione Units  and Formatting…    Seleccione del menú l/s como la  unidad de demanda con 2 decimales  de precisión. Presione el botón OK.    Finalmente introduzca los valores de  demanda dados. 

Vaya al icono de reportes  tabulares   del menú  desplegable y seleccione  el reporte de nodos (Junction  Table). En dicho reporte, ingrese las elevaciones para cada nodo. Asegúrese que los nombres de los nodos (J‐1,  J‐2,…etc.) coincidan con los indicados en las tablas como así también el orden de los mismos. Paro ordenar la  lista de nodos simplemente haga clic derecho en la columna Label, y escoja la opción ordenar (Sort) 

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    Luego de introducir  las elevaciones, la  tabla de uniones  debiera visualizarse  de la siguiente  manera:     

  Cierre esta tabla. Vuelva a seleccionar el botón de los reportes tabulares, pero esta vez seleccione Pipe Table y  presione OK. En estas tablas ingresará los valores para las tuberías.    Datos para las tuberías   

P‐1  P‐2 

Longitud (Length)  (m)  3  1525 

Diámetro (Diameter)  (mm)  300  300 

P‐3 

300 

200 

P‐4  P‐5 

30  460 

200  200 

P‐6  P‐7 

460  300 

200  200 

P‐8  P‐9 

30  460 

200  200 

P‐10 

460 

200 

P‐11  P‐12 

550  460 

200  250 

P‐13  P‐14 

300  30 

250  200 

P‐15  P‐16 

300  460 

200  300 

Tubo 

  Si  las  tuberías  aparecen  en  un  orden  diferente  al  mostrado  en  la  tabla  anterior,  debe  organizarlas  para  no  cometer errores. Para esto, haga Clic derecho en la columna Label. Luego seleccione Sort y Ascending.  Esta es la tabla que Ud. debería ver si ha ingresado los datos correctamente:    © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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    Para ingresar los valores de las válvulas reductoras de presión, utilice también los reportes tabulares, en este  caso  seleccionando  PRV  Report.  Es  posible,  que  deba  hacer  clic  en  el  botón  Edit  ,  el  cual  le  permite  personalizar su tabla y agregar columnas adicionales. En este caso debemos ingresar el gradiente hidráulico de  configuración  de  la  válvula  (Hydraulic  Grade  Setting).  Pregunte  a  su  instructor  si  tiene  dudas  sobre  como  editar los reportes tabulares.    Datos para las válvulas reductoras de presión    

PRV‐1 

Elevación  (Elevation)  (m)  250 

Diámetro (Diameter)  (mm)  200 

Config. HGL Inicial (Hydraulic Grade  Settings) ‐ (m)  285.0 

PRV‐2 

253 

200 

286.5 

P‐4      P‐5  P‐8      P‐7 

PRV‐3 

253 

200 

286.5 

P‐14      P‐15 

Válvula 

Dirección de Flujo 

    A continuación la tabla personalizada de válvula con los datos completos. 

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  Para corregir los sentidos de flujo de las válvulas,  ingrese a la ventana de propiedades de cada una  haciendo  clic  en  las  mismas  sobre  el  dibujo,  y  revise  donde  se  define  la  tubería  aguas  abajo  (Downstream).  Este  parámetro  lo  podrá  encontrar en la categoría      Las  válvulas  tienen  sentido  desde  el  nodo  Upstream hacia el nodo downstream.    Si  la  dirección  no  es  la  adecuada  según  la  tabla  anterior,  cámbiela  con  la  opción  Reverse  que  aparece en el menú desplegable. 

 

A continuación deberemos ingresar los datos de la  bomba, el tanque y el reservorio. En el caso de la  Bomba, la curva característica dada por el  fabricante es la siguiente:    Datos para la bomba  Elevación 

288 m 

Carga (m) 

Caudal (l/s) 

48.8 

0.0 

39.6 

63.2 

33.8 

88.4 

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Para  ingresar  los  datos  de  la  bomba  se  requiere  primero  definir  las  características  de  la  misma  en  el  administrador general. Desde el menú principal desplegable Components, seleccione Pump Definitions.    Haga Clic en el botón New y nombre a la nueva definición de bomba como “Bomba 1”.    En la ventana derecha, seleccione el tipo de definición (Pump Definition Type) en el menú desplegable como  una definición de curva de tres puntos – Standard (3 Point) e Ingrese los datos indicados en la tabla    El siguiente es el esquema y grafico que debe observarse en el cuadro de dialogo Pump  Defintions luego de  haber ingresado la información:   

    Diríjase a la pestaña “Efficiency” y defina en este caso una eficiencia constante (Constant Efficiency) del 100%    Haga Clic en Close.   

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Habiendo  creado  la  curva  Bomba  1,  debemos  ir  al  cuadro  de  propiedades  del  elemento  PMP‐1  y  en  el  parámetro  “Pump  Definition”  seleccionamos  la  configuración “Bomba 1”.    IMPORTANTE:  No  olvide  asignar  la  elevación  de  la  bomba, que según los datos del modelo es de 288 m. 

    Para realizar la simulación hidráulica, solo nos resta ingresar las definiciones  del Tanque y el Reservorio, con  base en la siguiente información:      Datos del tanque  Elevación Base  (Base)  (m)  308 

Elevación  Mínima  (Minimum)  (m)  308 

Elevación Inicial (Inicial)  (m)  314 

Elevación Máxima (Maximum)  (m)  326 

Diámetro (Diameter)  (m)  15 

  Datos para el Reservorio  Nodo 

Elevación (m) 

R‐1 

290 

           

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Para  ingresar  las  características  del  tanque,   hacemos  clic  sobre  el  símbolo  del  dibujo,  y  procedemos a modificar los parámetros incluidos en  la ventana de propiedades    La  primera  categoría  cuyos  parámetros  debemos  definir  es  la  de  Rangos  Operativos  (Operating  Range).    En  consecuencia,  definimos  las  elevaciones  de  la  siguiente manera:  ‐ Elev. Base: 308 m  ‐ Elev. Mínima: 308 m  ‐ Elev. Inicial: 314 m  ‐ Elev. Máxima: 326 m     Nota:  No  confundir  la  Elevación  Base  (Base  Elevation)  con  la  elevación  en  la  categoría  , son diferentes.    Finalmente en la categoría de datos físicos (Physical)  definimos  al  tanque  con  una    Sección  Circular  y  un  diámetro de 15 m.     

    Para  terminar  de  ingresar  los  datos  a  todos  los  elementos  del  sistema,  le  cargaremos  los  datos  al  reservorio. Seleccione el símbolo del reservorio y en  sus propiedades coloque el valor de 290  m como la  elevación que tiene la lámina de agua en esta fuente  de abastecimiento.     

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Simulación 1 – Condiciones normales    Ahora estamos listos para ejecutar las simulaciones.   Diríjase al centro de control de escenarios Menú  Analysis/Scenarios.    Como primera medida vamos a renombrar el  escenario existe (Base) con el nombre “Promedio  Diario”.    Este escenario tendrá la alternativa de demanda  Promedio Diario, para esto nos abrimos la ventana  de alternativas, y renombramos la alternativa “Base”  existente.    Para el escenario Promedio Diario creado,  verificamos en las opciones de cálculo (Calculations  Options) para régimen permanente, que se trata de  un cálculo hidráulico básico (Hydraulics Only) y que  el tipo de análisis (Time Analysis Type) es en Estado  Estático.  , revise y  Haga clic en el botón Compute   compare los resultados para esta simulación. En la  ventana Calculation Summary podrá observar si se  presentó algún error en el cálculo.   

 

 

 

 

    Nota: Al verificar resultados, recuerde que los reportes tabulares son personalizables y pueden agregarse los  parámetros de entrada y resultados de su preferencia.      © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Simulación 2 – Consumo industrial en J‐4    Ahora, suponga que una industria se ha instalado en un lugar cerca del nodo J‐4. La demanda en este nodo  cambia debido a la nueva industria, siendo ahora 95 l/s, y es bastante uniforme durante el día. Definiremos  una alternativa de demanda diferente para crear un nuevo escenario para esta simulación.    Para  crear  la  nueva  alterativa,  vaya  a  la  ventana  de  administración  de  alternativas  haciendo  clic  en  el  botón   o seleccionando Alternatives en menú principal Analysis.    Seleccione  y  expanda  la  alternativa  de  Demanda  (Demand)  en  el  árbol  de  alternativas  tal  y  como  lo  indica esta pantalla.    Al expandir las alternativas de demanda observará la  existente  Promedio  Diario,  Seleccionando  esta  alternativa  hacemos  clic  en  el  botón  derecho  del  mouse y seleccione New y luego Add  Child una vez  creada  la  nueva  alternativa  la  renombraremos  haciendo  clic  derecho  como  “Promedio  Diario  +  Industria”     

  La  nueva  alternativa  aparece  en  la  jerarquía  como  “hijo” de la anterior y ha heredado todos los valores  de demanda de su “padre”.    Esto puede identificarse porque la nueva alternativa  se encuentra “desplazada” hacia la derecha.    Ahora simplemente haga doble clic en la Alternativa  Demanda  de  Promedio  Diario  +  Industria,  e  ingrese  una demanda de 95.0 L/s en el nodo J‐4.    La  tabla  de  demandas  en  las  uniones,  debiera  aparecer de la siguiente forma:       

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  Cierre esta ventana.    Ahora cree un nuevo escenario hijo para incorporar esta alternativa de demanda. Seleccione Scenarios del  menú principal desplegable Analysis, o simplemente haga clic en el botón    Seleccionando el escenario Promedio Diario, haga  clic en el botón derecho de su Mouse, y seleccione  New/Child Scenario.    Nombre  el  nuevo  escenario  como  “Promedio  Diario + Industria” para describir su simulación.   

 de la barra de herramientas. 

  De  momento,  este  nuevo  escenario  ha  heredado  las  alternativas  que  conformaban  al  escenario  padre.  Para  modificar esta configuración y asignar diferente(s) tipos de alternativa, simplemente debemos hacer clic en el  escenario Promedio Diario + Industria e ir a la ventana de Propiedades que nos indica las alternativas vigentes  para este escenario.   

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Para modificar alternativas en un escenario  determinado debe seleccionar la categoría  correspondiente a la izquierda del cuadro de  dialogo.    En este caso seleccionamos la Alternativa de  Demanda y seleccionamos del menú desplegable  Promedio Diario + Industria.    Todas las demás alternativas serán las mismas que  para la primera simulación.    Vuelva al cuadro de dialogo de escenarios, para  ejecutar la simualcion de este nuevo escenario. 

         

  

 

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Haga clic en el menú desplegable del Botón  Compute y seleccione Batch Run… del conjunto de  opciones desplegadas.    Con esta herramienta usted puede correr todos o  algunos de los escenarios simultáneamente. En  este caso solo vamos a correr este nuevo  escenario que hemos creado.    Active la caja para el escenario Promedio Diario +  Industria y haga clic en Batch.   

  Se le presentará con un mensage de confirmacion;  haga clic en Yes. Luego obtendrá un mensaje de  finalización. Haga clic en OK. 

  Revise los resultados para esta simulación. Asegúrese que el nuevo escenario “Promedio Diario + Industria se  encuentra activo. Para esto simplemente debe en la ventana de escenarios seleccionar el escenario Promedio  Diario + Industria y hacer clic en el botón                                 

 (Make Current). 

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Construyendo una Red incluyendo Bombas Tanques y Válvulas

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Resultados  Complete para los escenarios desarrollados la siguiente tabla de resultados:  Simulación 

1 

2 

Escenario 

Promedio Diario 

Promedio Diario + Industria 

Gradiente hidráulico J‐4 (m)  (Calculated Hydraulic Grade) 

 

 

Gradiente hidráulico J‐5 (m)  (Calculated Hydraulic Grade) 

 

 

Gradiente hidráulico J‐6 (m)  (Calculated Hydraulic Grade) 

 

 

Tanque T‐1 se está llenando o vaciando? 

 

 

 

Discusión    1. ¿Por qué la válvula PRV‐1 se cierra en primer escenario y se abre en el segundo (Promedio diario +  Industria)?          2. Que puede decir acerca de la capacidad del sistema si la demanda de agua en los nodos corresponde a  la situación de demandas promedio o si a estas se le agrega un caudal industrial cercano a los 95 L/s.            3. Si la Bomba tiene  un caudal nominal cercano a los 63 L/s, en general, que podría decir de su punto de  operación y su eficiencia en cada uno de los escenarios?            4. ¿De qué forma cambia la dirección del flujo en la Red entre los Escenarios Promedio Diario y Promedio  Diario + Industria? – Que tubería presenta las mayores pérdidas por fricción m/Km ?       

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Construcción Automática de Modelos usando ModelBuilder

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Construcción automática de modelos con ModelBuilder    

Objetivo General  En  este  taller,  usted  utilizará  archivos  tipo  Shape  creados  originalmente  en  un  entorno  SIG  (o  GIS)  para  construir y correr un modelo hidráulico.    En consecuencia, se utilizarán un conjunto de archivos externos (tipo Shape) en conjunto con WaterCAD/GEMS  y su módulo ModelBuilder para construir y revisar un modelo hidráulico.     

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:  

Entender las posibilidades que ofrece el módulo ModelBuilder para la construcción de modelos a partir  de Geobases de datos externas 



Entender las diferentes opciones que ofrece el asistente para la construcción de modelos 



Usar la herramienta Network Navigator para revisar, detectar y solucionar problemas de conectividad  de la Red 

                                                     

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Parte I ‐ Proceso de Construcción del Modelo vía ModelBuilder  Creación de un nuevo Modelo y Apertura del módulo ModelBuilder  1. 2. 3. 4.

Abra  WaterCAD/GEMS  V8i  haciendo  clic  en  el  acceso  directo  del  programa  o  seleccionando  Inicio>Programas>Bentley> WaterGEMS V8i.  En el cuadro de diálogo inicial de bienvenida, oprima el botón . En caso que esta  ventana no estuviera abierta seleccione el menú principal File / New.  Inicie la herramienta ModelBuilder desde el icono    en la barra de herramientas de WaterGEMS V8i o  a través del menú Tools/ModelBuilder.   Una ventana vacía de ModelBuilder aparecerá a continuación (muy posiblemente en blanco): 

    Nota: ModelBuilder es en esencia un proceso asistido (Wizard). De tal manera, las configuraciones que en este  módulo se realicen para conexiones con datos externos serán guardadas para usos futuros.  5.

Haga clic en el botón New 

 para crear una nueva conexión y abrir el ayudante de ModelBuilder. 

Configuración de la Conexión con la Fuente de Datos  1.

2. 3. 4.

El primer paso será necesario seleccionar el tipo de formato en que se encuentra la fuente de datos. En el  menú  desplegable  “Select  a  Data  Source  type:”  dentro  de  las  diferentes  opciones  seleccione  ESRI  Shapefiles.  A continuación haga clic en el botón  al lado del campo ‘Select a Data Source Type’. Navegue  hasta el folder Talleres Inicio en la ubicación dada por su instructor.  Teniendo oprimida la tecla [CTRL], seleccione los archivos tubos.SHP, Nodos.SHP y Tanques.SHP y luego  oprima el botón  para enviar esta selección a ModelBuilder.  Esta acción adicionará estas tres capas en el panel inferior izquierdo del asistente. Si así lo desea marque  la caja ‘Show Preview’ para poder visualizar los diferentes campos y registros de las geobases de datos  seleccionadas. 

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5.

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    Por ejemplo, en la capa tipo punto Tanques, observe que los campos ELEV_MAX y ELEV_MIN no tienen  información. Sin embargo, el campo ELEV_BASE si cuenta con datos numéricos en cada registro. 

Nota: Cada uno de los archivos listados tiene una caja de selección al lado. Usted podrá usar esta caja para  excluir una clase específica para su procesamiento por parte del asistente.  6. 7. 8. 9.

Presione  para avanzar en las instancias del asistente comenzado por la definición de las Opciones  Espaciales y de Conectividad.  En primera medida especifique la unidad metros (m) como Unidad para las coordenadas de los datos.  En esta ocasión, NO seleccione la caja de selección para las opción “Create nodes if none found at pipe  endpoint” ni  tampoco la opción “Establish connectivity using spatial data”.  Antes de hacer clic en  verifique que su ventana luzca tal y como aparece en la página siguiente.  Luego analizaremos las opciones que ha desmarcado. 

 

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11.

A  continuación  se  presentarán  opciones  para  Crear/Remover  y  Actualizar  los  datos  durante  el  proceso de construcción del modelo. En este punto, dejará las opciones por defecto tal y como  aparecen haciendo clic en Next. 

  En la siguiente ventana se establecen opciones adicionales para el proceso de conexión de datos  y construcción del modelo.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F. Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Nota: Cuando usted esté importando datos externos en un modelo existente, usted podrá escoger importar la  información en el escenario existente o tendrá la opción de crear un nuevo escenario hijo donde se  importarían los datos. En este caso, el nuevo escenario y alternativas serán renombradas automáticamente  como “Created by ModelBuilder” seguido por la fecha y hora en que fueron creados. Si no hay un cambio para  una alternativa en particular, ninguna alternativa hija será creada. 

 

IMPORTANTE:  A partir de la versión V8i en los productos de Software Bentley para Modelamiento se ha agregado una nueva  propiedad en los elementos llamada GIS‐ID. Dentro del proceso de importación de datos externos vía  ModelBuilder ha aparecido una nueva ventana de opciones adicionales de importación de datos donde  aparece el campo GIS‐ID como opción para definición como llave primaria.   

Esta propiedad fue introducida para permitir complejas asociaciones entre los elementos de un modelo con  los elementos incluidos en un Sistema de Información Geográfica – GIS (Por sus siglas en Inglés) dado que  convencionalmente sólo existía una muy rígida asociación de tipo uno‐a‐uno de elementos entre ambos  modelos de datos (Modelo – GIS)   

Adicionalmente esta propiedad tiene por objeto facilitar la administración y sincronización de datos entre  ambos modelos de datos durante la vida útil de los mismos, teniendo en cuenta que usualmente las  actualizaciones de datos se dan de manera separada o en paralelo.   

Actualmente las asociaciones a través de la propiedad GIS‐ID se mantienen sin importar que se realicen tareas  básicas de limpieza o simplificación del modelo tales como: dividir tuberías, fusión de nodos en proximidad,  conversión (morph) de elementos nodales, esqueletización e inclusive la remoción de elementos.  De acuerdo con lo anterior, en las opciones adicionales de ModelBuilder el usuario encontrará tres opciones  de asociación:  ‐ Label o nombre del elemento (la cual es una asociación uno‐a‐uno)  ‐ GIS‐ID (soportando uno‐a‐uno, muchos‐a‐uno y uno‐a‐muchos)  ‐ Custom o personalizada   12.

En este caso dejará los valores por defecto y hará clic en Next.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F. Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Mapeo de Campos (Interrelaciones) con los archivos fuente  A partir de este momento, entrará en la sección de ModelBuilder donde usted conectará los campos de  atributo de los archivos Shape con las propiedades de los elementos de WaterGEMS  1. Seleccione  Nodos  en  el  panel  del  lado  izquierdo  y  del  lado  derecho,  en  la  pestaña  Settings  seleccione  Junction para el campo Table Type (esto le dará acceso a todos los campos del archivo fuente)  2. Para el campo Key Fields seleccione la opción LABEL del submenú.  3. Deje los campos de X Y tal como están (auto), dado que las coordenadas se cargarán automáticamente  desde el archivo GIS según se georreferenciación.  4. Finalmente en el área inferior, haga clic en el campo ELEVATION y en menú desplegable de propiedades  seleccione la propiedad Elevation y defina m como unidad. Tal y como se indica a continuación:613 

5. 6. 7.

8.

  Ahora seleccione en el panel izquierdo seleccione la tabla tubos, y del lado derecho en el campo de Table  Type, seleccione la opción Pipe.  Para el campo Key Fields, asigne el atributo LABEL.  Para los campos Start y Stop que definen los nodos inicial y final de cada línea, deje el valor por defecto  . Estos campos particulares están relacionados con las opciones de conectividad espacial (Spatial  Connectivity) de la ventana anterior.  En la tabla inferior para atributos, seleccione la opción DIAMETER bajo la columna de campos y para el  campo  de  propiedades  seleccione  Diameter  del  menú  desplegable  y  defina  milímetros  (mm)  como  la  unidad asociada. 

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9.

10. 11. 12. 13.

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Realice  el  mismo  proceso  para  asociar  el  campo  MATERIAL  con  la  propiedad  Material  y  HAZENC  con  Hazen – Williams C. Su ventana deberá lucir de la siguiente manera: 

  Finalmente,  seleccione  la  capa  Tanques  en  el  panel  izquierdo  y  seleccione  la  opción  Tank  en  el  campo  Table Type. Seleccione luego el atributo LABEL como Key Fields.  Para los campos de coordenadas [X] y [Y] se dejará el valor   Para  los  atributos  de  la  tabla  de  abajo,  seleccione  DIAMETER  en  la  columna  de  campos  y  seleccione  Diameter como propiedad, asegurándose que la unidad asociada sean metros (m).  Seleccione igualmente el campo ELEV_BASE definiendo como propiedad asociada del menú desplegable  el atributo Elevation (Base) y como unidad metros (m). Su ventana deberá lucir de la siguiente manera: 

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   14.

Haga clic en el botón Next para finalizar el proceso de asociación. 

Creación del Modelo  1.

En la siguiente ventana, responda afirmativamente la pregunta sobre construcción del modelo y deje en  la parte inferior las otras dos cajas de selección activas 

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2.

3.

4.

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Haga clic en el botón Finish y luego oprima el botón Yes. Después de que ModelBuilder ha corrido, una  ventana con el resumen del proceso aparece, con un mensaje que dice que las líneas del modelo no fue  posible crearlas debido a la falta de topología. 

  Seleccione  la  pestaña  superior  llamada  Messages  donde  observará  que  las  tuberías  no  pudieron  encontrar sus nodos de inicio (start) y fin (stop), y por tanto el sistema no pudo importarlas. 

Cierre la ventana resumen del ModelBuilder (ModelBuilder Summary). 

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Corrección del Problema de Conectividad Espacial  1. 2.

De regreso al cuadro de diálogo principal de ModelBuilder, intentaremos resolver el problema de  conectividad en los nodos extremos de las líneas.  Seleccione el proceso de importación configurado previamente en ModelBuilder (por defecto tendrá el 

3.

nombre del subdirectorio donde se tomaron los archivos fuente), y haga clic en el botón Duplicate  para hacer una copia de la conexión previamente configurada.  Si así lo desea la podrá renombrar como:”Conexión Corregida”. Su ventana deberá lucir así: 

 

  4. 5. 6.

Teniendo seleccionada la copia, haga clic en botón Edit   para volver de nuevo al asistente del  ModelBuilder.  En el primer cuadro de dialogo o paso del asistente, correspondiente a la definición de archivos fuente  haga clic en Next dado que los archivos fuente ya se encuentran seleccionados.  La ventana siguiente corresponde a “Specify Spatial and Connectivity Options”. Seleccione, la caja “Create  nodes if none found at pipe endpoint”.  Luego, marque también la opción “Establish connectivity using  spatial data” y fije una tolerancia (Tolerance) de 0.05 m. 

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Nota: Aquí es donde implícitamente se indica a ModelBuilder que establezca la conectividad con los datos GIS.  Si esta opción está deshabilitada, será necesario especificar la conectividad en los campos Pipe Start y Pipe  Stop.  7. Dado que las demás configuraciones ya están establecidas en este duplicado de ModelBuilder, haga clic  sucesivamente a través de los diferentes cuadros de diálogo hasta llegar al diálogo que pregunta “Create  Model Now?”  8. Responda afirmativamente y marcando las cajas de selección inferiores. Fibnalmente haga clic en el  botón Finish. 

  9.

En esta ocasión 657 tuberías a presión fueron creadas y se actualizaron 519 nodos y 2 Tanques. 

  10. 11.

Cierre el cuadro resumen del ModelBuilder (ModelBuilder Summary) y cierre definitivamente  ModelBuilder.  A continuación WaterGEMS le preguntará si quiere sincronizar el dibujo con la reciente actualización del  modelo de datos. Responda afirmativamente.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F. Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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12.

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  A continuación haga Zoom en los límites del modelo (View/Zoom/Zoom Extents) para visualizar en el área  de dibujo el modelo construido 

 

Revisión del Modelo Importado  1. 2.

3. 4.

A continuación se procederá a revisar el modelo que ha sido creado con ModelBuilder.  Ahora visualizaremos los grupos de selección (Selection Sets) creados luego del proceso. Seleccione el  menú View/Selection Sets. 

  Seleccione o resalte la segunda línea de los Sets de Selección y luego haga clic en el botón Select In  . Observará que todos los elementos del modelo quedan resaltados.  Drawing  Cierre la ventana Selection Sets y desde el menú principal Report/Element Tables abra la tabla de los  nodos (Junction Table).  

Nota: En esta tabla observará que las elevaciones fueron importadas desde el archivo fuente 

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5.

6.

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Ahora ordene de manera ascendente la columna de las elevaciones haciendo clic derecho sobre su  encabezado (Sort Ascending) y verá que 8 nodos fueron creados por ModelBuilder y por tanto no tienen  dato de elevación. 

  Cierre el reporte tabular Junction Table y ahora a través del menú Report/Element Tables abra la 

tabla de las tuberías (pipes) 

 

7.

Ahora repita el mismo procedimiento a través de los reportes tabulares, y abra la tabla de los 

Tanques (Tanks)  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F. Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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    Nota: Si usted revisa otras tablas como la de Reservorios o Válvulas Reductoras de Presión (PRV), observará  que estas estarán vacías, pues estos elementos no estaban presentes en los archivos Shape de donde se  importó la información.                                                                  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F. Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Parte II – Ingreso de Datos Complementarios y Simulación    Una vez que se ha construido el modelo y a pensar que no es el objeto de este taller, es interesante ver el  proceso de ingresar cierta información adicional que requiere el modelo para su simulación.   1. 2. 3.

4. 5.

Antes de continuar haga clic en el botón Save  para guardar su archivo. Nombre este archivo como  ModelBuilderSol.wtg.  Si así lo desea para una mejor visualización, ajuste el tamaño de los símbolos, desde el menú Tools >  Options > Drawing y cambie el tamaño de los símbolos a 5.  Si en este momento usted quisiera simular el    modelo, este no correría, porque aún no se  cuenta con información de la elevación del  agua en los tanques.  Haga clic en el botón FlexTables   y haga  doble clic en la tabla de tanques.  Para ambos tanques, ingrese la siguiente  información:  Minimum Elevation (m): 445.0 m  Initial Elevation (m): 450.0 m  Maximum Elevation (m): 451.0 m 

 

 

  6.

Cierre la tabla de tanques una vez que revise los datos. 

Ingreso de Demandas en los Nodos  Si usted revisa el procedimiento anteriormente llevado a cabo en ModelBuilder, recordará que el único  atributo asociado para los nodos fueron sus elevaciones.Por tanto, no hay demandas en este momento en el  modelo.  Nota: A continuación ingresaremos una demanda uniforme (ficticia) en todos los nodos. En un ejercicio  posterior veremos algunas metodologías que ofrece WaterCAD/GEMS a través del módulo LoadBuilder para  hacer de este un proceso representativo de las demandas del sistema en cada nodo.  1.

Seleccione o abra el Centro de Control de Demandas a través del menú Tools/Demand Control Center.  En caso que reciba un mensaje de advertencia sobre la posibilidad de deshacer los cambios responda  afirmativamente. 

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5.

Haga clic en la flecha adjunta la botón New   y seleccione la opción Initialize Demands for all  elements.  Haga Clic derecho sobre la columna [Demand (Base)] y seleccione la opción de edición global (Global  Edit)  Mediante el operador Set defina todas las demanda como 0.13 L/s (verifique que la unidad de caudal de  su modelo sea L/s, si no es así modifíquela).  Haga clic en el botón OK. Al final la tabla del centro de demandas deberá lucir así: 

6.

Cierre la ventana del Centro de Control de Demandas (Demand Control Center). 

2. 3. 4.

 

Ejecución de la Simulación y Revisión de Resultados  1. 2. 3.

Ahora, en la ventana principal presione el botón Compute   para correr el modelo.  Una vez que haya terminado la simulación, una ventana con el resumen de los cálculos será generada.  Verifique si el cálculo se encuentra balanceado y cierre esta ventana de resumen de cálculos (Calculation  Summary) 

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4. 5. 6.

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A continuación oprima el botón FlexTables   y haga doble clic en la tabla de los nodos (Junction  Table) para abrirla  Haciendo clic derecho sobre la columna [Pressure] seleccione la opción de ordenamiento ascendente  (Sort/Sort Ascending).  En este caso observará que el nodo con menor presión es el nodo A‐311 y esto es probablemente debido  a su elevación.  

  7. 8.

  9.

Seleccionando la primera línea, haga clic en el botón Zoom To   para localizar el nodo A‐311 en el  dibujo.   Con relación a este elemento, usted verá que es justo el nodo aguas abajo del tanque Hillside y por esto  su baja presión (Aprox. 5.20 mca) 

De regreso a la tabla de nodos, ordene ahora descendentemente (Sort Descending) la columna [Pressure] 

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Nota: Usted podrá observar unos cuantos nodos con presiones muy altas, esta situación es debida a que dichos  elementos no tienen elevaciones asignadas. De hecho, se trata de los ocho nodos creados durante el proceso  con ModelBuilder.  10.

11.  

Ahora, complete los datos de elevación de aquellos    nodos que no tienen elevación, ingresando  manualmente una elevación de 397 a esos nodos  que inicialmente estaban con 0 m  Su tabla deberá lucir de la siguiente manera: 

  12. 13. 14.                            

Minimice la tabla de los nodos y corra nuevamente el modelo, haciendo clic en el botón Compute  Cierre el resumen de los cálculos (Calculation Summary) y abra nuevamente la tabla de los nodos  (Junction Table) para revisar las presiones en el sistema.   Llene la tabla de resultados al final de este taller. 

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Utilizando Network Navigator    En  esta  sección  usted  utilizará  algunas  funciones  de  una  poderosa  herramienta  incluida  en  WaterCAD/GEMS  que se llama el Navegador de Red (Network Navigator) y que permite revisar la integralidad de los datos del  modelo construido a partir de ModelBuilder.  

Revisión de Problemas de Conectividad (Network Review)  1.

2.

Abra el navegador de la Red, desde  el menú View, seleccione Network  Nagivator.  Lo primero será buscar tuberías que  NO estén conectadas a nodos.  

4.

Haga clic en el botón Select   y  seleccione la opción Network  Review/ Pipe Split Candidates.  Defina una tolerancia de 6.0 m. 

5.

Haga clic en OK. 

3.

  Nota: A continuación la herramienta detectará aquellas líneas en las que puede estar ausente una tubería que  las una, según el criterio de separación entre nodos extremos.    6. En este punto, la herramienta le permitirá encontrar  cuatro nodos que cumplen con ese criterio.  7. Ajuste el Zoom a 75% Ay seleccione la línea de tubería  A‐663  8.

A continuación presione el botón Zoom To   para  visualizar de mejor manera las líneas candidatas 

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  Nota:  En  este  caso,  usted  podrá  encontrar  situaciones  en  las  que  puede  ser  necesario  regresar  a  los  datos  originales (catastro, planos de obra, visitas de campo, etc.) para decidir si las conexiones realmente existen. Si  existiera un error, usted necesitará decidir si las correcciones se realizan únicamente en el modelo o en el SIG.  9.

Ahora buscaremos nodos muy cercanos en el sistema para verificar si no se trata de puntos que deberán  ser fusionados. 

10.

 y del submenú,  Presione el botón Select  seleccione Network Review y luego la opción Nodes  in Close Proximity…  A continuación, ingrese una tolerancia de 9.0 m y  haga clic en OK. 

11.

  Nota: Según este criterio encontrará un nodo (A‐774) que  cumple esta proximidad con otro  12.

Seleccionando el nodo encontrado, haga clic nuevamente en el botón Zoom To   para visualizar este  nodo. Es importante anotar, que si dos nodos están próximos, sólo uno de ellos será listado por la  herramienta Network Review.   

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13. 14.

15.

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  Para comprobar el funcionamiento de la herramienta, usando las herramientas de dibujo (Layout Tools),  inserte un nodo cercano a la zona visualizada del sistema en la pantalla principal.  Asigne el nombre (Label) de este nodo como J‐9. El dibujo deberá lucir así: 

  Regresando de nuevo al  Network Navigator, haga clic en Select > Network Review > Orphaned Nodes.     

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16.

17.

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Después de esta consulta, observará que el nodo J‐9  es el único nodo que aparecerá en la lista de nodos  huérfanos del sistema.  Cierre finalmente la ventana del Network Navigator.   

Nota: Existen algunas otras funciones en las herramientas de revisión del Red (Network Review) que puede  explorar si le queda tiempo libre en la realización de este taller.  18. 19. 20.    

No olvide en eliminar el Nodo J‐9 creado, haciendo clic sobre el mismo y presionando la tecla [DEL]  Usted necesitará correr de nuevo el modelo para generar los resultados requeridos en las siguientes  páginas  Guarde la versión final de su archivo y responda las preguntas del taller.   

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Resultados y Preguntas     1. ¿Cuál fue la presión (kPa) en los siguientes nodos?    Pressure (Calculated)  Nodo  (kPa)  A‐26 

 

A‐162 

 

J‐8 

 

  2.   Durante el proceso de importación, había algunos campos en el archivo GIS que no fueron mapeados con  un atributo en WaterCAD/GEMS. ¿Por qué fue este el caso?              3.   Los datos GIS pudieron haber sido exportados a un archivo de MS Access, y de ahí, importarlos a  WaterCAD/GEMS. ¿Por qué no es esta una buena idea?              4.   En vez de ingresar los datos de niveles manualmente en WaterCAD/GEMS, ¿de qué otra manera pudiera  usted haber traído esa información al modelo?              5.   Explique la diferencia en la Tolerancia especificada en ModelBuilder (opciones espaciales) y la tolerancia  definida en el Network Navigator. ¿En dónde debe ser menor esta tolerancia?     

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Asignación Automática de Demandas usando LoadBuilder

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Asignación automática de demandas con LoadBuilder    

Objetivo General  Para este taller, usted importará información y datos de demanda desde dos diferentes tipos de fuentes de  datos externos incluyendo archivos Shape. La primera serie de datos corresponderá a la información de micro‐ medición del sistema comercial. La segunda fuente de información corresponderá a datos de población  asignada a polígonos censales. En este taller también tendrá en cuenta un porcentaje de Agua No Contabilizada  del 15%.    La asignación de las demandas o “carga del modelo” es quizás una de las tareas que consumen mayor cantidad  de tiempo dentro de los proyectos de modelación. Por este motivo, contar con una herramienta automatizada  y de gran precisión para ejecutar esta tarea es invaluable para cualquier modelador.    Nota: Este taller ha sido desarrollado para la versión WaterCAD V8i SELECTSeries 5.   

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:   Familiarizarse con las herramientas LoadBuilder y determinar cuáles son los métodos de asignación de  demandas más apropiados según el tipo datos que se tenga  

Crear áreas de servicio para cada uno de los nodos usando la herramienta Thiessen Polygon Generator. 



Aplicar y asignar demandas basado en datos de consumo de usuarios. 



Aplicar y asignar demandas basado en datos de población.  



Entender el proceso para exportación de alternativas de demanda como resultados de las diferentes  metodologías incluidas en LoadBuilder. 

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Enunciado del Problema    Como punto de partida, usted tiene un modelo que ya ha sido creado con información topológica básica, pero  para  el  cual  no  han  sido  cargadas  las  demandas.  Como  se  ha  establecido  en  este  taller  importaremos  información de demanda al modelo desde dos fuentes de información:  i) Información del Consumo de Clientes contenida en el archivo shape Micromedicion.shp y   ii) Información de Población provista en el archivo llamado Censo_Poblacional.shp.   

Apertura de WaterGEMS y del Archivo de Inicio.  1. Abra WaterCAD/GEMS V8i  desde el icono en el escritorio de su equipo.    2. Navegue hasta la ubicación de archivos de inicio que su instructor le ha indicado, y asegúrese que  posee los archivos que necesita para el taller. En este caso usaremos un archivo previamente  configurado denominado LoadBuilder.wtg.    

 

         

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Pasos del problema    1. Una  vez  abra  el  archivo  LoadBuilder.wtg,  en  los  reportes  tabulares  de  nodos,  reservorios,  bombas  y  tuberías podrá verificar que se tiene un modelo hidráulico de 145 tuberías, 104 uniones, 1 Reservorio y  1  Bomba.  El  esquema  debería  verse  como  el  dibujo  de  la  página  anterior  que  ya  cuenta  con  un  escenario creado llamado Base.    2. Usando los  reportes  tabulares, a los  cuales puede  acceder  haciendo clic en    

el botón.   

3. Observe la  información  contenida en  este escenario  tanto para  Tuberías (Pipes)  como Uniones  (Junctions).   

  4. En el caso de la tabla de Uniones, es importante que verifique que en el campo “Demand Collection”  NO existen demandas asignadas    5. A continuación, abriremos el administrador de archivos de fondo a cuyo cuadro de dialogo podemos  acceder a través del menú principal View/ Background Layers. 

  6. En el cuadro de dialogo de Archivos o  Capas de Fondo, presione el Botón  New 

 

. 

  7. Seleccione la opción  New Fólder y a  este nómbrelo como “Archivos Shape”.  Estando seleccionado este fólder, haga  nuevamente clic en New, pero esta vez  seleccione New File.    8. Diríjase al directorio de Archivos de Inicio que le ha indicados su instructor y en el sub‐fólder “Archivos  Shape” seleccione el archivo Micromedidores.shp haga clic en Open.   

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9. Se desplegara a  continuación, una ventana  con las propiedades de  visualización para este  archivo Shape, como unidad  (unit) escogemos metros  (m) pues nuestras escalas  están dadas en esas unidad,  como color (line color),  escoja un color que se  destaque, y como tamaño  (size) escoja 0.5. Los demás  campos los dejamos con sus  valores por defecto.      Nota: Antes de trabajar con archivos geo‐referenciados asegúrese de conocer el sistema de unidades  en que han sido creados    10. A continuación su pantalla deberá visualizar tanto su Red como la nube de puntos correspondientes al  sistema comercial de micro‐medidores dado por el archivo Micromedicion.shp.   

    11. Para visualizar los datos o tabla de atributos del archivo SHP usted podría utilizar cualquier plataforma  GIS, o trabajar este ejercicio directamente desde ArcGIS con soporte para WaterCAD/GEMS.    12. Guarde en su directorio de soluciones el archivo como LoadBuilder_Sol.wtg o con el nombre que  desee. Utilizará este archivo en caso de que cometa un error y necesite volver al original.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Ingreso de Información complementaria de Elevaciones    13. Seleccione el Menú Edit/Find Element. En la ventana de propiedades (parte superior) sobre la barra de  búqueda digite PMP‐1 y haga clic sobre el botón de Find  elemento así como abrir sus propiedades asociadas. 

. Esto le permitirá hacer zoom sobre este 

  14. Ingrese el valor de 813.0 m para el campo de elevación de la Bomba.    15. A continuación ingrese la siguiente información de elevación en uniones (Junctions) siguiendo el  procedimiento anterior o a través de los reportes tabulares (Menú Report/Element Tables)  Elemento  Elevación (m)  J‐104  J‐108  J‐112  J‐113 

792.48 813.82 792.48 792.48

  16. De vuelta en la ventana principal, vaya al  Scenario Manager desde el menú principal  Analysis/Scenarios o simplemente haga  clic en el botón 

 

 en el  17. Seleccione el botón Compute  cuadro de dialogo para simular el  escenario Base.    18. Cierre el resumen de resultados (Calculation Summary) y vaya al reporte tabular de uniones (Junction  Table) y revise las columnas de Demanda y Presión.    Nota: Observe que la tabla muestra valores con demandas nulas y altas presiones, lo cual es lógico puesto  que no hay información de consumo y la bomba está funcionando cerca de la carga de cierre. 

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 Asignando demandas de medidores – Método Nodo Cercano    Ahora procederemos a utilizar la funcionalidad de WaterCAD/GEMS para la asignación automática de  demandas basada en diferentes metodologías y denominada LoadBuilder.    1. Para esto debemos ir al menú principal Tools/ Load Builder  o simplemente hacemos clic en el icono   de la barra de herramientas que nos permite acceder a esta funcionalidad.  

 

2. Comience una nueva operación de Load Builder seleccionando el botón New   

. 

3. Seleccione la categoría   y en  las opciones disponibles  selecciones la  metodología Nearest  Node.  Seleccione Next  para continuar.    4. Establezca la capa de  nodos como  Junction\All Elements,  para indicar que el  proceso tendrá en  cuenta todos los  elementos. El campo de  identificación de los  mismos como  ElementID.   

  5. Haga clic en el botón ellipsis   cercano al campo de la capa de medidores (Billing Meter Layer).  Seleccione el archivo Micromedicion.shp y luego Open. En este momento usted recibirá un mensaje de  advertencia sobre el sistema de unidades del proyecto para el análisis espacial que ejecutará.

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6. El campo Load Type  Field debe encontrarse  como ,  mientras el campo  Usage Field debería  contener el campo  Demanda (DEMAND)  en L/s.    7. Seleccione la opción       8. Su ventana deberá lucir  tal y como se ilustra a la  derecha. Haga clic en  Next para continuar. 

 

El resumen de las operaciones  (Calculation Summary) será  generado.      9. Observe que la demanda total  asociada con los micromedidores  es 70.76 L/s.    Importante: Si el cálculo falla y le  genera un error, haga clic en  Back y  seleccione la opción  Use Previous  Run e inténtelo de nuevo.  Esta vez el  cálculo puede tardar un poco más.     

    Nota: Estas mediciones están basadas en medidores de consumo, así que no incluyen agua no contabilizada.  Para este modelo, consideramos que nuestro sistema posee un porcentaje de agua no contabilizada del 15%  por lo tanto multiplique globalmente las demandas por 1.176 (1/(1‐0.15)) para corregir este porcentaje.    

10. Configure entonces el multiplicador global de demandas (Global Multiplier) como 1.176.    11. Observe que el campo Total Load será ahora 83.21 L/s. Seleccione Next para continuar.    © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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12. Usted se encontrará en la  ventana de previsualización  de resultados (Results  Preview).      Nota: Observe que en el campo  Demanda ya aparecen los valores  dados por la metodología usada y  también han sido afectadas por el  multiplicador de Agua No  Contabilizada.    13. Seleccione Next para  continuar.   

  14. En la pantalla  Completing the  LoadBuilder Process nombre  este procedimiento Nodo  Cercano, de igual forma cree  una nueva alternativa.    15. Establezca el nombre de la  nueva alternativa como Nodo  Cercano y la alternativa padre  (Parent Alternative) como Base‐ Average Daily.      16. Haga clic en Finish. 

  17. A continuación usted verá una ventana indicando el resumen del proceso de1.176 exportación de las  demandas asignadas. Verifique que un total de 111 demandas han sido exportadas con éxito.  

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  18. Cierre el resumen de cálculos de LoadBuilder y cierre la ventana de este módulo.    19. Vaya al cuadro de Dialogo de Alternativas  (Menú Analysis/Alternatives) y observe  bajo la categoría Demand, la existencia de  la nueva alternativa “Nodo Cercano”. 

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  20. Haga Doble‐Clic en la misma, y recorra  cada una de las uniones para comprobar  los caudales asignados  

 

 

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21. Cierre la ventana de alternativa de  demandas y vaya al Gestor de Escenarios  (Menú Analysis/Scenarios).    22. Cree un nuevo escenario usando la  alternativa Nodo Cercano que acabamos  de crear.      23. Para esto haga clic en el menú desplegable  New/Child Scenario  y nombre este nuevo  escenario “Demandas al nodo cercano”    24. A continuación en la ventana de  propiedades, asigne en la categoría  Alternativa de Demandas (Demand  Alternative) a la recientemente creada  “Nodo Cercano”.    25. Vuelva a la ventana Scenarios, y active el  escenario “Asignación nodo cercano”  haciendo uso del botón Make Current  .    26. Ahora simularemos este escenario  haciendo clic en Compute 

. 

  27. Cuando el resumen de cálculo de la simulación de este escenario aparece, observe el valor de Flow  Demanded (L/s). Compare esta demanda total (83.21 L/s) con el valor total de los medidores (70.76  L/s), la diferencia es el agua no contabilizada que se estimó en 15%.   

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28. Cierre el resumen de cálculo y vaya al reporte tabular de uniones (Junction Table) y anote las presiones  en la tabla de resultados al final del taller.   

 

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Asignando demandas de medidores – Método Tubo Cercano    Ahora usted utilizará el mismo tipo de información geo‐referenciada en el archivo Micromedidores.shp pero  esta vez empleará el método de la tubería más cercana.   1. Para esto haga clic en el botón de Load Builder 

.   

  2. Comience una nueva  operación de Load Builder  seleccionando el botón  New 

.   

  3. Seleccione la categoría   y en las  opciones disponibles  selecciones la metodología  Nearest Pipe.      4. Seleccione Next para  continuar.   

   

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5. En el cuadro de dialogo del  asistente, configure las opciones  de la siguiente manera:  Pipe Layer = Pipe\All Elements  Pipe ID Field = ElementID  Load assignment = Distance  Weighted (Esta es la metodología  para repartir demandas a partir del  tubo según la localización de  acometida).  Node Layer = Junctions\All  Elements  Junction ID Field = ElementID    6. Utilice el botón   del campo  Billing Meter Layer Field para  localizar el archivo  Micromedicion.shp.   Load Type Field = DEMAND TYPE  Polyline Distibution = Equal  Distribution  Usage Field = DEMAND [L/s].   7. Seleccione Next para continuar.       

 

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8. Observe que la medición de  consumo es igual al método  anterior 70.76 L/s. Tal como lo  hizo en la simulación anterior,  establezca el multiplicador  global (Global Multiplier) como  1.176.    9. Seleccione Next para continuar.  

  10. Su vista preliminar deberá  verse como la figura indicada a  la izquierda.     11. Seleccione Next para continuar.  

   

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12. Nombre esta operación “Tubo  Cercano” como .    13. En este caso crearemos una  nueva alternativa también  llamada “Tubo Cercano”.    14. La alternativa padre (Parent  Alternative) debe ser Base‐ Average Daily.    15. Haga Clic en Finish.   

    16. Debería verse que se han  exportado con éxito 119  demandas.    17. Cierre la ventana de  resumen del proceso y  cierre también la ventana  de LoadBuilder.      18. De la misma forma como hizo anteriormente,  diríjase al cuadro de Dialogo de Alternativas  (Menú Analysis/Alternatives) y verifique la  existencia de la nueva alternativa “Tubo  Cercano”.    19. Haga Doble‐Clic en la misma, y recorra cada  una de las uniones para comprobar los  caudales asignados    

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  20. Cierre la ventana de alternativa de  demandas y vaya al Gestor de Escenarios  (Menú Analysis/Scenarios).     21. Cree un nuevo escenario usando la  alternativa Tubo Cercano recientemente  creada. Haga clic en el menú desplegable  New/Child Scenario  y nombre este nuevo    escenario “Demandas al tubo cercano”. 

 

  22. A continuación en la ventana de  propiedades, asigne en la categoría  Alternativa de Demandas (Demand  Alternative) a la recientemente creada  “Tubo Cercano”.    23. Vuelva a la ventana Scenarios, y haga  activo el escenario “Asignación Tubo  cercano”.    24. A continuación simule este escenario  haciendo clic en Compute 

. 

25. Vaya ahora al reporte tabular de uniones (Junction Table) y anote los valores de presiones en la tabla de  resultados que se encuentra al final del taller.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Generación Polígonos de Thiessen     En la siguiente parte de este ejercicio, utilizaremos información de población provista en un shapefile llamado  Censo_Poblacional.shp.  Antes  de  que  pueda  utilizar  la  información  del  Censo  Poblacional,  necesita  construir  polígonos  de  áreas  de  servicio  alrededor  de  los  nodos.  Esto  puede  ser  logrado  utilizando  la  herramienta  de  construcción de Polígonos de Thiessen (Thiessen Polygon Creator).   1. Seleccione de la barra de herramientas el botón del Thiessen Polygon   

 para comenzar.  

2. Seleccione el botón ellipsis   para buscar la capa de y  sseleccione Junctions\All  Elements.    3. Para el campo de  identificador ,  seleccione Element ID.    4. Haga Clic en Next.    5. En el siguiente cuadro de  dialogo, seleccione Buffering  Percentage como método de  frontera, y 15% como el  porcentaje de frontera para  creación de polígonos.     6. De nuevo haga clic en Next.   

   

7. En la siguiente ventana, haga  clic en el botón ellipsis  ,  y guarde el archivo Shape de  polígonos a generarse como  “Poligonos de Thiessen.shp”.  Para esto escoja la ubicación  o directorio de su  preferencia.    8. Haga Clic en Save y  nuevamente en el botón  .      9. Ahora agregaremos los polígonos creados como un nuevo archivo de fondo. 

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10. En el cuadro de dialogo de Archivos  o Capas de Fondo, y seleccione el  fólder “Archivos Shape”.  11. Haga Clic en el Botón New  seleccione New File.  

 y 

12. Diríjase al directorio donde  almacenó el archivo de polígonos, y  selecciónelo. Presione Open.  13. En la ventana con las propiedades  de visualización del archivo Shape,  como unidad (unit) escogemos  metros (m), transparencia al 50%  14. En el campo Line Widht, coloque 2  como el ancho de línea. Elija un  color de relleno (Fill Color) no muy  oscuro. Los demás campos los  dejamos con sus valores por  defecto. Haga Clic en OK.    Si el proceso fue ejecutado correctamente, la ventana principal de WaterCAD/GEMS debería verse así: 

  De momento ya hemos dejado que WaterCAD/GEMS nos asigne los polígonos o áreas de servicio a ser  utilizadas para cualquier metodología de asignación por demandas que involucren áreas o uso de suelo.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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  15. Ahora agregaremos también el  archivo Shape de Censo  Poblacional.    16. En el cuadro de dialogo de Archivos  de Fondo, seleccione el fólder  “Archivos Shape”.   

17. Haga Clic en el Botón New y  seleccione New File. Diríjase al  directorio donde su instructor le  indico se encontraba el archivo  Censo_Poblacional.shp.    18. Nuevamente el procedimiento en la  ventana propiedades está enfocado    a obtener una visualización clara. El  campo  estrictamente deber  estar dado en metros (m). Los  demás son opcionales. Haga Clic en  OK    Esto le dará una clara idea de los polígonos utilizados para las áreas de servicio y aquellos utilizados para los  datos de población. La visualización de nuestro modelo se ilustra a continuación:   

 

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Nota: Con el objeto de visualizar los datos del archivo Censo_Poblacional.shp puede usar cualquier  herramienta GIS que disponga. No es preponderante en este ejercicio. A continuación y sólo para su  información, observará los campos y valores asociados a cada uno de los 8 polígonos de población que  componen el archivo Shape:   

 

   

Determinando demandas con polígonos de población     Comience una nueva operación en el módulo de asignación automática de demandas.    1. Para esto haga clic de  nuevo en el botón de  Load Builder  .   Comience una nueva  operación de Load  Builder seleccionando el  botón New 

.   

  2. Seleccione la categoría   y en las  opciones disponibles  selecciones la  metodología Load  Estimation By  Population.      3. Seleccione Next para  continuar.   

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En las variables requeridas para  estimación de demanda por población,  debemos tener en cuenta lo siguiente:  4. Para el área de Servicio usaremos el  archivo  Poligonos de Thiessen.shp  generado previamente. El campo   como ELEMENT ID.  5. Para los datos de población:  Population Layer =  Censo_Poblacional.shp  Population Density Type Field =  Type  Population Density Field = Density  (pop/ha).  6. Para la densidad de demanda,  establezca:  R1 como 350 L/hab‐dia  R2 como 300 L/hab‐dia  C como 200 L/hab‐dia  7. Seleccione Next para continuar. 

  IMPORTANTE: Tenga cuidado con las unidades del campo “Load  Density”. Haga clic en botón derecho sobre  dicha columna y escoja la opción Units and Formatting… si necesita cambiar las mismas.    8. El resumen de cálculos debería  verse como la figura de la  derecha con los datos de  consumo según el tipo de  carga.     9. Incluya el incremento por  pérdidas estimadas (1.176) y  haga Clic en Next para  continuar.   

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10. La vista preliminar de  resultados (Results Preview)  deberá verse como la figura de  la derecha.     11. Seleccione Next para  continuar.   

  12. Nombre esta operación “Dist.  Población” y cree una nueva  alternativa llamada “Dist.  Población” y establezca como  alternativa padre la Base‐ Average Daily.    13. Seleccione Finish y debe ver  que se exportaron 123  demandas con éxito.   

     

 

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14. Cierre LoadBuilder, y vaya luego al menú  desplegable Analysis y seleccione  Scenarios Haga clic en el menú   y seleccione Child  desplegable New  Scenario para agregar un escenario hijo  del Base llamado “Demandas Distribución  Poblacional”.     15. Asegúrese en la ventana de propiedades  que la Alternativa de Demandas asociada  para este escenario sea “Dist. Población” 

 

 

  16. Asegúrese que “Demandas Distribución Poblacional” es el escenario activo. Para esto haga uso del  botón make current 

. 

17. Haga Clic en el botón Compute   

 para simular el escenario.   

18. Vaya al reporte tabular de uniones y tome nota de los valores de presión en la tabla de resultados al  final del taller.     

19. Responda a las preguntas cuando haya terminado.   

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Resultados y Preguntas      

Escenario de Asignacion por.. 

Nodo / Zona 

Nodo Cercano 

Tubo Cercano 

Distribución  Poblacional 

Presión (m H2O)  C_028 

Norte 

 

 

 

Presión (m H2O)  D1‐078 

Este 

 

 

 

Presión (m H2O)  D1‐091 

Fuente cercana 

 

 

 

Caudal Demandado por el Sistema  (L/s) 

 

 

 

     

Discusión    1.         2.           3.             4.

Como obtendría Ud. información de medidores para una simulación del modelo con demandas del año  2040? 

Por qué las demandas totales fueron tan diferentes cuando comparamos las demandas basadas en  población contra las basadas en medidores? 

Por qué pequeños cambios en las demandas producen grandes diferencias de presión en este modelo? 

Cuándo utilizaría el Global Multiplier para ajustar las demandas basadas en población? 

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Importación de Elevaciones usando TRex

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Importando Elevaciones con Herramienta Terrain Extractor (TRex)    

Objetivo General  En este ejercicio, usted obtendrá los datos de elevaciones a partir de un Modelo Digital de Terreno (DTM ó  DEM) e importará dicha información de altimetría dentro de un modelo de WaterGEMS pre‐configurado  previamente pero sin datos de elevación en sus nodos.    El Modelo de tipo DEM será provisto en formato Shapefile.     

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:   Familiarizarse con la herramienta TRex y conocer los diferentes formatos que puede usar para la  importación de elevaciones.  

Importar elevaciones a un modelo de WaterCAD/GEMS usando TRex. 

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Importación de Elevaciones usando TRex

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Enunciado del Problema    Como  punto  de  partida,  usted  contará  con  un  modelo  básico  previamente  configurado  el  cual  no  ha  sido  cargado con datos de elevación para los diferentes nodos de la Red. En consecuencia, revisaremos el modelo  digital  de  elevaciones  provisto  que  para  mejor  entendimiento  los  cargaremos  como  un  archivo  de  fondo  (Background Layer).   

Apertura de WaterGEMS y del Archivo de Inicio.  Abra WaterCAD/GEMS V8i  desde el icono en el escritorio de su equipo.   Navegue hasta la ubicación de archivos de inicio que su instructor le ha indicado, y asegúrese de contar con los  archivos necesarios para el taller (subcarpeta TRex). En este ejercicio comenzaremos abriendo un modelo  previamente configurado denominado TRex.wtg.   

 

               

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Pasos del problema   

Visualizando el Archivo Shape como una Capa de Fondo (Background Layer)  1. En la subcarpeta TRex encontrará un archivo denominado dempts.shp. Si tuviéramos un aplicativo GIS  (por ejemplo Bentley Map) observaríamos que se trata de un archivo de tipo Raster o Malla con 70029  registros simbolizados cada uno por una cuadrícula dentro una malla. Cada cuadricula contiene un dato  de elevación  según el  campo “DEMmete” con valores de elevación entre 2546.78 m – 2,579.65. Una  vista de aplicativo GIS sería la que se ilustra a continuación:   

  Nota: Esta información y captura de pantalla solo se incluye a manera informativa para entender mejor el  Modelo Digital de Terreno provisto. Para este Ejercicio no requiere contar con una aplicación GIS o programa  diferente a WaterCAD/GEMS. 

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2. Para visualizar como capa de  fondo al DEM, vaya al menú  View>Background Layers.  Haga click en el botón New y  seleccione New File.  3. Navegue en su carpeta de  talleres hasta la subcarpeta  TRex y seleccione el archivo  dempts.shp.  4. En el cuadro de diálogo  seleccione la unidad como  metros, una transparencia  superior al 50% y un color  claro como Line Color.  5. Haga Click en OK. Usted deberá ver que la Red del modelo se sobrepone al archivo Shape de  elevaciones usado como fondo de dibujo. Ver figura abajo.  Nota: Observe que algunos pocos nodos quedan por fuera de los límites del DEM. Para estos nodos  necesitaremos posteriormente ingresar las elevaciones de manera manual. 

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Visualizando la Información de Uniones  6. Previamente se ha afirmado que el modelo si bien ha sido pre‐configurado no cuenta con los datos de  elevación  en  los  nodos.  Para  verificar  lo  anterior  diríjase  al  menú  principal  Report>  Element  Tables>  Junction.  Esto abrirá la tabla d nodos la cual se debe visualizar de la siguiente manera: 

  7. Observe como se anotó anteriormente que no hay ninguna información en la columna elevación para  los 2027 nodos presentes en este modelo. No obstante y de manera contraria, se puede observar que  para el campo [Demand Collection] si existen algunos nodos a los cuales se les ha cargado demanda.     

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Uso de TRex   

Importando Elevaciones a partir de un DEM (Digital Elevation Model)  1. En  este  punto  procederemos  a  generar  la  información  altimétrica  en  los  nodos  del  modelo.  Específicamente procederemos a importar las elevaciones en WaterGEMS desde el archivo o modelo  de elevaciones externo antes mencionado.  2. Observe que no hay ninguna información en la columna elevación para los 2027 nodos presentes en  este  modelo.  No  obstante  y  de  manera  contraria,  se  puede  observar  que  para  el  campo  [Demand  Collection] si existen algunos nodos a los cuales se les ha cargado demanda.  3. Seleccione  el  botón  TRex  o  diríjase  al  Menú  Tools>  TRex.  Esto  abrirá  un  cuadro  de  diálogo  o  asistente para la configuración de datos requeridos por TRex.  4. Para  la  casilla  Data  Source  Type,  seleccione  el  tipo  de  archivo  como  ESRI  Shapefile  (observe  que  la  herramienta soporta otros formatos). 

  5. Selecciones  el  botón  ellipsis  (…)  en  la  casilla  File.  Navegue  hasta  la  subcarpeta  TRex,  selecciones  el  archivo dempts.shp y haga click en Open.  6. Para los campos de la categoría Elevation Dataset, configure los siguientes campos:  ‐ ‐ ‐

Select Elevation Field:  X – Y Units:      Z Units:     

DEMmete  meters  meters 

7. Para los demás campos dejaremos los valores por defecto elegidos por el asistente.  Nota:  Los  campos  [Clip  Dataset  to  Model]  y  [Buffering  Percentage],  son  usados  cuando  la  extensión  del  DEM es muy grande en relación a la extensión o área del modelo. De esta manera, se indica que el análisis  espacial solo se haría según la extensión del modelo más un corredor adicional (buffer).              © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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8. Su ventana deberá lucir de la siguiente manera: 

    Nota:  El  campo Spatial  Reference  (Referencia Espacial) quedará definido como Unknow. Esto es correcto  dado que el DEM y el modelo usán la misma georreferenciación, lo cual es claramente apreciable cuando  usted sobrepuso el DEM (como archivo de fondo) en el modelo.  Así mismo, en la sección “Nodes to Update” hemos marcado la opción All, dado que se pretende importar  la elevación a todos los nodos del modelo.    9. Haga  click  en  Next.  A  partir  de  este  momento  usted  verá  una  ventana  de  cálculo  mientras  el  TRex  comienza  con  el  proceso  automatizado  de  importar  elevaciones  a  través  de  procesos  de  análisis  espacial.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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10. Una vez se completa el proceso, usted recibirá el siguiente mensaje: 

  11. Esto es un indicador de que algunos nodos del modelo estaban por fuera de los límites del DEM y para  estos no se ha importado el dato de elevación. Haga click en OK.  12. En la siguiente ventana, usted podrá pre‐visualizar las elevaciones asignadas a los diferentes nodos del  modelo. 

 

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13. Para el campo Use Existing Alternative, seleccione del menú desplegable la opción Base‐Physical. Con  lo cual las elevaciones calculadas sobre escribirán la información previa en lo relativo a elevaciones de  dicha alternativa.  14. Haga click en el botón Finish para exportar finalmente las elevaciones a la alternativa definida. 

Revisión del Proceso de Asignación de Elevaciones e Ingreso de Datos Faltantes  15. Para revisar el proceso de importación de elevaciones, vaya al menú View> FlexTables. En la ventana  emergente haga doble‐clic en Junction Table para abrir dicha tabla. 

  16. Es claro que TRex ha transferido la información de elevación al modelo.   17. Sin embargo, tenemos una decena de nodos para los cuales no se tiene elevación por estar estos fuera  del límite del DEM. Para complementar esta información haga Clic derecho sobre el encabezado de la  columna Elevation (m) y del menú emergente seleccione Filter > Custom.  18. En  la  ventana  para  construir  consultas  (Query  Builder)  seleccione  el  parámetro  Elevation  (m)  en  el  panel izquierdo y haga doble click en el mismo para adicionarlo a la sentencia de consulta abajo.  19. A continuación haga Clic sobre el operador “=” y digite el valor 0.0 en la línea de sentencia abajo.      © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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  20. A Haga click en OK, y tal como lo anticipamos la tabla aparece ahora filtrada mostrando solamente una  decena de nodos de un total de 2027.  21. Teniendo  filtrada  la  tabla  haga  click  derecho  en  la  columna  Elevation  (m),  y  seleccione  la  opción Global Edit.  22. Defina una elevación de 2555 m  para  cada  uno  de  estos  nodos  filtrados y haga click en OK.   

23. Finalmente haga nuevamente click derecho sobre la columna Elevation (m), y seleccione Filter (Active)  > Reset, para poder mostrar nuevamente la totalidad de nodos en la tabla.  24. Haga click en Yes para confirmar su intención de remover el filtro y minimice la tabla Junction Table.  25. No olvide guardar su archivo para conservar los últimos cambios oprimiendo el botón Save 

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Ejecución de la Simulación del Modelo y Revisión de Resultados  26. Dado que el modelo ya había sido previamente configurado (sin incluir la información de elevaciones),  podemos  entonces  de  regreso  a  la  ventana  principal  oprimir  el  botón  Compute  escenario Base. 

para  ejecutar  el 

27. Cierre  la  ventana  Calculation  Summary  con  el  resumen  ejecutivo  del  cálculo  hidráulico  y  abra  nuevamente la tabla para nodos (Junction Table) para revisar las presiones obtenidas en los nodos del  sistema. 

  28. Complete la tabla de resultados a continuación y responda las preguntas de este ejercicio. 

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Resultados y Preguntas     Ahora que ya ha completado el taller, verificaremos algunos resultados y el entendimiento de las herramientas  usadas.   

Tabla de Resultados    Nodo  Node‐1  Node‐85  Node‐1374  Nodel‐1836       

Elevación (m)         

Presión (m H2O)         

Discusión    1.               2.

Para un modelo de este tamaño o similar, cuánto tiempo considera que podría invertir para leer e ingresar  manualmente más de 2000 datos de elevación? 

Revisando el número de dígitos decimales en los datos de elevación que son calculados y reportados por  TRex, considera que esta precisión está justificada? 

         

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Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

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Localización Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos  Críticos    

Objetivo General  En este taller usted podrá familiarizarse con un modelo previamente creado que representa un sistema  existente y sus válvulas de aislamiento.   Usando la herramienta de Análisis de Segmentos Críticos o Análisis de Criticidad de WaterCAD/GEMS,  usted  identificará los segmentos del sistema y determinará si el aislamiento de los mismos genera segmentos con  suspensión de servicio (outage segments). Usted también identificará áreas con problemas en el sistema y la  criticidad o impacto hidráulico que tiene el aislamiento de los segmentos identificados.     

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:   Familiarizarse con la nueva herramienta Criticality Analysis 

                                             



Usar y asignar a tuberías válvulas de aislamiento/seccionamiento 



Identificar segmentos críticos en un modelo 



Identificar segmentos que generan suspensión del servicio en el modelo (Outage Segments) 

Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

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Enunciado del Problema  Como se ha comentado, en este taller usted empezará con un modelo de red pre configurado que ya contiene  válvulas de seccionamiento y usará la localización de estas válvulas para crear segmentos de distribución e  identificará áreas con problemas en el sistema usando la información de los segmentos generados.  El análisis le permitirá identificar si hay segmentos con corte de servicio de agua. Después, usted determinará  qué tan crítica sería la actividad de aislar estos segmentos en el servicio para otras áreas del sistema. También  podrá identificar algunas tuberías y válvulas que pudieran ser añadidas al sistema para mejorar el  comportamiento de la red.  Enseguida se muestra la figura de la red con la que usted estará trabajando. La fuente de abastecimiento está  en la parte sur oeste del dibujo.      

 

 

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Pasos Previos al Análisis  En esta sección simplemente se familiarizará con el modelo existente, lo cual le facilitará los siguientes pasos  requeridos por el análisis. 

Revisión del Modelo existente  1.

2.

Abra  WaterGEMS  haciendo  clic  en  el  acceso  directo  del  programa  o  seleccionando  Inicio>Programas>Bentley>WaterGEMS  V8i.  En  la  pantalla  inicial  seleccione  Open  Existing  Project  y  abra  el  archivo  Segmentos Criticos.wtg 

3.

A continuación debería ver el sistema  hidráulico  indicado  en  la  figura  de  la  página anterior. 

4.

Para familiarizarse con el sistema, haga click en el icono Properties presionando la tecla [F4] y en la caja  de superior para búsqueda de elementos teclee R‐1 .   Presione el botón de zoom (lupa) y automáticamente será llevado al elemento, el cual para este modelo  representa  la única fuente de abastecimiento del sistema. 

5.

  6.

7. 8.

Use botón pan  o mantenga presione la rueda del mouse y siga las tuberías desde el Reservorio hacia  el sistema aguas abajo. Usted tal vez quiera hacer zoom in/zoom out con el botón de zoom o girando la  rueda del mouse.  Seleccione el escenario llamado “Válvulas Originales” o haga de este el escenario activo usando el botón  Make Current  .   Haga  zoom  en  cualquier  intersección  y  observe  las  válvulas  de  seccionamiento,  las  cuales  están  etiquetadas  como  ISO‐número.  Haga  doble  click  en  una  de  estas  válvulas.  De  esta  manera  se  abrirá  la  ventana  de  propiedades.  Note  que  todas  las  válvulas  tienen  una  tubería  de  de  referencia  “Reference  Pipe”  la  cual  es  el  tubo  donde  la  válvula  se  localiza.  La  tubería  permanece  asociada  a  la  válvula  aun  cuando esta sea movida de su sitio. 

   

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Segmentación y Análisis de Criticidad  Identificación de Segmentos  1.

Ahora que tiene una idea del elemento válvula de seccionamiento, abra el administrador Criticality and 

2.

Segmentation, desde el menú Analysis > Criticality o con el botón  Se abrirá el cuadro de diálogo Criticality sin datos. 

  3.

 Criticality… 

 

Abra  un  nuevo  estudio  de  Segmentos  Críticos  presionando  el  botón  New.  Enseguida seleccione “Válvulas Originales”  como  el  escenario  representativo  y  presione OK. 

 

4.

Esto  abrirá  la  pestaña  del  alcance  de  análisis  de  segmentos  (Segmentation  Scope).  Desde  el  menú  desplegable, seleccione Toda la Red (Entire Network) porque queremos determinar los segmentos para  la red entera en este ejercicio. 

Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

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  5. 6. 7. 8.

 

Seleccionando  válvulas  originales,  presione  el  botón  Compute   a  la  izquierda  en  esta  ventana,  para  iniciar el análisis con la identificación de los segmentos.  Cuando  termine,  una  lista  de  segmentos  se  mostrarán  como  en  la  siguiente  figura.  (Si  un  mensaje  de  advertencia acerca de ubicación/asignación de válvulas aparece, presione OK).   La tabla mostrará el número de segmentos y algunas estadísticas de estos mismos que se presentan en  la sección derecha del cuadro de diálogo.  En la parte superior de la sección derecha se presentan todas las propiedades físicas de los segmentos de  aislamiento  como  son  longitud,  volumen  de  agua,  número  de  tuberías  y  nodos  contenidos  en  el  segmento, etc. 

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Revisión de la Información en Segmentos  9. 10.

Identifique con color los segmentos, desde el botón Highlight Segments   en la barra de herramientas  superior.  Minimice  o  arrastre  (sin  cerrar)  el  cuadro  de  diálogo  Criticality,  para  que  pueda  ver  los  segmentos  identificados  por la herramienta  cada  uno  de los  cuales representa  un  color. El área de dibujo, deberá  lucir de la siguiente manera. 

  IMPORTANTE: La figura en Negros y Grises abajo no hace justicia al dibujo que usted debe estar viendo con los  segmentos coloreados. Por otra parte, el color de cada segmento no tiene ningún significado, simplemente es  usado para una mejor identificación/visualización. 

Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

11.

12.

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  Encuentre  el  segmento  que  requiere  el  accionamiento  del  mayor  número  de  válvulas  para  ser  aislado,  haciendo  click  derecho  sobre  la  columna  titulada  “Isolation  Elements  ”  y  seleccionando  Sort  >Sort  Descending.    Esto  ordenará  y  pondrá  en  la  primera  línea  el  segmento  con  mayor  número  de  válvulas.  En la columna [Label] en la sección intermedia de la ventana, seleccione el segmento con mayor número  de válvulas y solamente los datos de este segmento aparecerán, como se muestra en la figura abajo.  Puede repetir este procedimiento para otros segmentos identificados.  

Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

  13.

14.

 

Teniendo 

seleccionado 

dicho 

segmento  presione  el  botón    Zoom  to  segments  en  la  parte  superior  del  recuadro  central,  y  esto  lo  llevará  en  el  dibujo  a  la  localización de dicho segmento.  Mediante  la  revisión  de  datos  de  las  tablas  producto  de  la  identificación  de  segmentos,   complete la tabla de resultados al  final de este taller. 

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Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

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Encontrando Segmentos con Suspensión de Servicio (Outage Segments)  15.

16.

17.

En la parte izquierda del cuadro de diálogo Criticality, elija ahora la categoría “Outage Segments” bajo el  escenario válvulas originales  y luego presione el botón de cálculo Compute   en la parte superior de  la ventana para ejecutar este tipo de análisis.  Después, haga click derecho en la columna “Outage Set Length” y elija nuevamente ordenar los registros  descendentemente (Sort> Sort Descending) 

  Seleccione este segmento que refleja la mayor longitud de tubería sin servicio y selecciónelo en el panel  “Label” central del administrador. Después, presione el botón Highlight Segment  nueva  codificación de colores.  

18.

 para establecer una 

Presione el botón   Mueva el cuadro de diálogo (sin cerrarlo) para poder observar este segmento y la  zona de la Red que se queda sin servicio en caso de que se requiera un cierre. 

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  Nota: El resultado para el análisis de este segmento en particular puede resultar trivial, dado que se trata del  impacto de un fallo en el segmento aguas debajo de la fuente. Bajo este caso todo el sistema falla. No obstante  la visualización de los segmentos sin servicio es frecuentemente muy difícil de establecer por una simple  inspección visual.    19. Repita  estos  pasos  para  el  segundo  y  tercer  segmentos  con  más  tubería  sin  servicio.  Estos  son  interesantes, debido a que muestran lugares en donde una simple falla, puede dejar a un gran número  de usuarios sin servicio y una sola válvula de seccionamiento puede reducir en gran medida el tamaño  del segmento sin servicio. 

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Determinando la Criticidad (Segmentos Críticos)  20. 21. 22.

23.

24.    

Seleccione  “Criticality”  en  la  parte  izquierda  de  la  ventana  bajo  el  escenario  representativo  “Válvulas  Originales”.  En el lado derecho, seleccione la caja de selección “Run Hydraulic Engine”  Presione  el  botón  Compute  ventana similar a la siguiente: 

 para  ejecutar  el  análisis  de  criticidad.  Al  terminar,  usted  tendrá  una 

  Haga  click  derecho  en  la  columna  “System  Demand  Shortfall  (%)“  y  ordene  los  registros  descendentemente. Revise la insuficiencia o % caída en el servicio de distribución para cada uno de los  segmentos en caso que para estos se presentara una falla o una labor de mantenimiento.  Complete la tabla de resultados al final de taller. 

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Mejoras en el Sistema (reducción de vulnerabilidad)  En esta parte del taller intentaremos disminuir el impacto que tiene sobre el sistema un eventual evento de  fallo. Para esto, instalaremos instalará una nueva tubería con válvulas de seccionamiento en cada extremo.   Esta tubería estará conectando los nodos J‐44 y J‐45 con el objeto de reducir la vulnerabilidad.  1.

2.

3.

Para  hacerlo,  primero  deberá  crear  una  nueva  alternativa  hija  de  la  Alternativa  Topológica  vigente que se llama “Con Válvulas”  Seleccionando  esta  alternativa,  haga  click  derecho  y  seleccione  la  opción  New>Child  Alternativa.  A  esta  nueva  alternativa  de  Topología  Activa  la  renombrará  como  “Nueva  Interconexión”  tal  y  como se indica en la figura. 

   

4.

5.

Diríjase al centro de control de escenarios, y  a  partir  del  escenario  activo  “Válvulas  Originales”  genere  un  escenario  hijo  (Child  Scenario)  Renombre  este  nuevo  escenario  como  “Sistema Mejorado”. 

 

6.

Haga  doble  click  en  este  escenario  para  abrir la ventana de propiedades del mismo  donde  observará  las  alternativas  asociadas. 

7.

Para  la  categoría  “Active  Topology”  asigne  la  alternativa  recientemente  creada  “Nueva  Interconexión”. 

 

8. 9.

Defina al escenario “Sistema Mejorado” como escenario activo presionando el botón Make Current  Ahora haga un zoom a la zona del dibujo donde se localiza el nodo J‐44. 

10.

Seleccione el botón para crear tuberías  línea asígnele el nombre de P‐128. 

.  

 y dibuje una nueva línea entre los nodos J‐44 y J‐45. A esta 

Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

11.

Ahora elija la herramienta de las válvulas de seccionamiento y coloque una en cada extremo de este tubo  recién creado. Es posible que reciba un mensaje de advertencia, indicando si quiere “asociar la válvula de  seccionamiento”  a  la  tubería  recientemente  creada.  Haga  click  en  .  Su  dibujo  deberá  lucir  de  la  siguiente manera: 

  Nota: No se preocupe si las etiquetas (Labels) en su dibujo son diferentes.   12.  

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Ahora  haga  doble  click  sobre  cada  válvula  para  asegurarse  en  la  ventana  de  propiedades  que  estas  válvulas queden referenciadas al tubo correcto. 

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Análisis de Criticidad en el Sistema Mejorado  13.

Abra  nuevamente  al  cuadro  de  diálogo  Criticality  Analysis  presionando  el  botón  herramientas.  

14.

Del  lado  izquierdo,  seleccione  la  categoría  superior  “Criticality  Studies”  y luego haga click en el botón New.  

15.

En  el  diálogo  “Add  Scenario”,  seleccione  el  escenario  Sistema  Mejorado y haga luego click en OK. 

 de  la  barra  de 

 

16.

Resaltando “Sistema Mejorado” como escenario representativo, diríjase al menú desplegable del campo  Scope Type ubicado en el panel derecho de la ventana y seleccione la opción “Entire Network” (toda la  Red).  

17.

Haga Click en el botón Compute   en la barra de herramientas superior para definir los segmentos de  este nuevo escenario (ahora tendremos 51 segmentos). 

18.

Resalte  y  revise  los  resultados  de  los  segmentos  bajo  este  escenario,  siguiendo  el  procedimiento  establecido anteriormente en el escenario “Válvulas Originales” 

19.

Señale ahora la opción “Outage Segments” bajo Sistema Mejorado y haga click nuevamente en el botón   . 

20.

En el panel a la derecha,  haga click  derecho en la  columna de “Outage  Set  length” y luego ordene los  registros de manera descendente (Sort > Sort Descending).  La ventana del cuadro de diálogo deberá ser  similar a la siguiente: 

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  Nota: Observe la longitud del segundo segmento con la más grande longitud del sistema sin servicio (Outage  Set Lenght) debe haber disminuido en comparación al análisis previo.  21.

Complete  la  tabla  de  resultados  al  final  de  este  taller.  Tome  conclusiones  acerca  del  impacto  que  ha  tenido la inclusión de una nueva tubería y sus válvulas bajo el escenario “Sistema Mejorado”.  

22.

Note  la  longitud  del  segundo  segmento  más  largo.  Complete  los  resultados.  Observe  cómo  una  sola  tubería mejoró el impacto de un corte de servicio.  

23.

Visualice el segundo segmento más largo (Outage Segment ‐ 46) seleccionándolo en el panel central de  la ventana. Una vez que se ha resaltado este segmento, presione el botón que sirve para visualizar los  segmentos mediante la codificación de colores. Se deberá ver como la siguiente figura:  

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    24.

Ahora tómese un tiempo para pensar dónde podría usted instalar válvulas para minimizar el tamaño de  los segmentos sin servicio ante un evento de fallo. 

25.

Si  usted  tiene  tiempo  después  de  contestar  las  preguntas  y  tabla  al  final  del  taller,  inserte  válvulas  adicionales o tuberías para mejorar aun más el sistema. 

   

 

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Resultados y preguntas     Complete la siguiente tabla y a continuación responda a las preguntas del taller: 

Parámetro  Número Máximo de válvulas de aislamiento en un segmento  Long. del 3er segmento sin servicio (Outage Segment) más grande m  Caudal demandado por el sistema, L/s  Caudal suministrado al sistema para el cierre del 3er segmento más  largo, L/s  Longitud del segundo segmento más largo, m 

Escenario 1 

Escenario 2 

       

       

 

 

  Preguntas:     Ahora que ha completado este taller, discuta con su compañero las posibilidades que ofrece el análisis de  criticidad para asegurarse que se tenga un buen entendimiento de la herramienta.    1. Por  qué  no  se  desea  tener  segmentos  donde  un  gran  número  de  válvulas  son  necesarias  para  la  buena  operación y aislamiento del sistema?                  2. Qué es lo que muestra el análisis de segmentos con suspensión de servicio (outage segments)?                         

Válvulas de Aislamiento y Análisis de Segmentos Críticos (Criticality Analysis)

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  3. Esperaría una correlación entre la longitud de los segmentos en el sistema de distribución y con la caída en  el caudal provisto al sistema?                  4. En un análisis de segmentos críticos, esperaría usted los mismos resultados para estado estático que para  Período Extendido?           

Análisis Automatizado de Flujo de Incendio

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Análisis Automatizado de Capacidad ante Flujos de Incendio     Objetivo General  En este ejercicio usted evaluará los flujos de incendio en cada uno de los hidrantes en una subdivisión (área  proyectada en el sistema) del proyecto de análisis de un modelo hidráulico.    Los datos generales del sistema se indican en el enunciado del problema de la página siguiente. La nueva  subdivisión que tiene el nombre de “Greendale” se localiza en el ala noreste del sistema  y se encuentra  conectada a través de una única línea (P‐161).    El caudal de incendio requerido es de 42 L/s en cada uno de los hidrantes a una presión residual de 150 kPa  (15.3 mca) y la presión mínima zonal deberá ser por su parte 130 kPa (13.3 mca)     

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:   Definir y asignar las restricciones de flujo de incendio 

                                           



Ejecutar un análisis automatizado de flujo de incendio (Automated Fire Flow Analysis) 



Ejecutar un análisis auxiliar de flujo de incendio (Auxiliary Fire Flow Analysis) 



Visualizar los resultados de flujo de incendio para concluir acerca de la capacidad del sistema. 

Análisis Automatizado de Flujo de Incendio

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Enunciado del Problema    Como se ha comentado, en este taller se evaluará la capacidad del sistema para atender un ocasional evento  de incendio en una nueva subdivisión. Los pasos a seguir serán los siguientes:  ‐ ‐ ‐ ‐

Configurar  el  escenario  base  para  la  demanda  máxima  diaria  (1.5  veces  el  valor  de  la  demanda  media  diaria)  y  ejecutar  este  escenario  para  entender  cómo  trabaja  el  sistema  bajo  condiciones  normales  de  operación  Configurar  un  escenario  cuyo  tipo  de  cálculo  será  el  análisis  automatizado  de  flujo  de  incendio  con  el  objeto de incluir únicamente aquellos hidrantes presentes en la subdivisión  Usar los resultados del análisis de flujo de incendio, para simular un evento de incendio representativo que  permita identificar puntos/líneas “débiles” del sistema.  Realizar  algunas  mejoras  al  sistema  original  y  determinar  los  efectos  de  estos  cambios  en  el  análisis  de  incendio. 

El modelo usado para este taller se presenta en la siguiente figura (Zona Norte): 

  

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Simulación Hidráulica para Escenario Demanda Máxima Diaria  En esta sección configurará un escenario para una demanda máxima diaria a partir del escenario base, con el  objetivo de familiarizarse y entender el funcionamiento del sistema. Para nuestro análisis de flujo de incendio,  el punto de partida será el escenario de demanda máxima diaria dado que este será el punto de partida para  analizar la respuesta del sistema ante un eventual suceso de incendio. 

Revisión del modelo base  1. 2. 3.

Abra  WaterGEMS  V8i  haciendo  clic  en  el  acceso  directo  del  programa  o  seleccionando  Inicio>Programas>Bentley> WaterGEMS V8i.  En la pantalla inicial seleccione Open Existing Project y abra el archivo Analisis_Incendio.wtg  Para familiarizarse con el sistema, haga click en el icono Properties presionando la tecla [F4] y en la caja  de superior para búsqueda de elementos teclee R‐1.  

  4. 5. 6. 7. 8.

9.

Presione el botón de zoom (lupa) y automáticamente será llevado al elemento, el cual para este modelo  representa  la zona principal de abastecimiento donde se localiza la estación de Bombeo.  Repita  el  mismo  procedimiento  para  identificar  la  zona  donde  se  encuentra  el  tanque  de  almacenamiento T‐1.  Haga zoom sobre la subdivisión “Greendale” en el área noreste del sistema para familiarizarse con esta  área que será objeto del análisis de incendio.  Diríjase  al  cuadro  de  diálogo  “Selection  Sets”  a  través del menú View/Selection Sets.  Observe  que  previamente  se  han  creado  dos  conjuntos  de  selección.  Especialmente  verifique  los  elementos  asociados  al  set  de  nombre  “Greendale  FF  Junctions”  este  representa  los  puntos  de  la  zona  donde  se  atendería  un  eventual acontecimiento de incendio.  Finalmente ejecute la simulación hidráulica del modelo a través del botón Compute  . Observará que  el análisis hidráulico convencional (estado estático) no tiene ningún problema y en el resumen ejecutivo  también podrá ver que el caudal provisto por la estación de bombeo es de 48.84 L/s mientras el caudal  total demandado del sistema es de 14.76 L/s. 

  Creación y Configuración Escenario Demanda Máxima  10.

Para  crear  el  escenario  de  demanda  máxima,  primero  deberá  crear  una  nueva  alternativa  hija  de  la  Alternativa de demanda base. 

Análisis Automatizado de Flujo de Incendio

11. 12.

13.

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Abra el administrador de alternativas a través  del menú Analysis/Alternatives.  Seleccione  la  categoría  Demand  y  expandiéndola seleccione la alternativa “Base‐ Average Daily”.  Haga  click  derecho  y  seleccione  la  opción  New>Child  Alternative.  A  esta  nueva  alternativa  de  demanda  la  renombrará  como  “Demanda  Máxima  Diaria”  tal  y  como  se  indica en la figura. 

 

14.

15. 16.

Diríjase  ahora  al  centro  de  control  de  escenarios  y  a  partir  del  escenario  activo  “Base”  genere  un  escenario  hijo  (Child  Scenario)  Renombre  este  nuevo  escenario  como  “Demanda Máxima Sistema Original”.  Asegúrese  de  marcar  este  nuevo  escenario  como  escenario  activo  a  través  del  botón  Make Current  . 

 

17.

Haga  doble  click  en  este  escenario  para  abrir  la  ventana  de  propiedades  donde  observará las alternativas asociadas. 

18.

Para la categoría Demand asigne la alternativa  de demanda recientemente creada “Demanda  Máxima Diaria”. 

 

19.

Ahora oprima el botón Demand Control Center  del mismo nombre en el menú Tools. 

 de la barra de herramientas o seleccione la opción 

Análisis Automatizado de Flujo de Incendio

20.

21.

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En  este  momento  aparecerá  una  tabla con las demandas asignadas en  los  nodos  para  este  escenario  activo  las  cuales  de  momento  son  las  heredadas  del  escenario  Base.  Seleccione  la  columna  [Demand  (Base)]  y  haciendo  click  derecho  seleccione la opción Global Edit.  Defina  como  operador  Multiply  (Multiplicar)  y  como  valor  el  factor  de 1.5, haga click en Ok. 

  22.

23.

24.

A partir de esta edición global, todas las demandas asignadas deberán ser ahora de 0.11 L/s tal y como se  muestra en la figura: 

  Los  cambios  introducidos  los  valores  de  demanda  a  través  de  esta  herramienta,  simultáneamente  se  realizan  en  la  alternativa  de  demanda  asociada  al  escenario  activo,  en  este  caso  estos  serán  ahora  los  valores en la alternativa “Demanda Máxima Diaria”  Cierre el centro de control de demandas.  

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Ejecución Escenario Demanda Máxima  25.

Asegurándose  que  el  escenario  Demanda  Máxima  Sistema  Original  siga  siendo  el  escenario  activo, 

26.

ejecute la simulación hidráulica del modelo oprimiendo el botón Compute  .   En el resumen ejecutivo y como era de esperarse observará que el caudal demandado por el sistema es  ahora de 22.14 L/s y mayor al del escenario base. 

27.

    A través de los reportes tabulares y a través de diversas herramientas que ofrece WaterCAD/GEMS como  Anotaciones, Codificación por Color, Gráficos, etc.; complete la tabla de resultados al final de este taller y  la primera de las preguntas abiertas de discusión. 

                             

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Análisis Automatizado de Flujo de Incendio   En esta parte usted deberá configura y ejecutar la simulación para análisis de flujo de incendio para la nueva  subdivisión de nombre Greendale. 

Revisión de Presiones del Escenario Demanda Máxima Diaria  1.

Según el enunciado del problema, el requerimiento de presiones mínimas en la zona del proyecto es de  130 KPa. Antes de configurar el análisis de flujo de incendio, revisaremos las presiones del sistema bajo las  condiciones de demanda máxima con el objeto de anticiparnos a cómo reaccionará el sistema ante flujos  adicionales de incendio. 

2.

Oprima el botón FlexTables   de la barra de herramientas y abra el reporte tabular para el elemento  Junctions.   Ordene  ascendentemente  la  columna  [Pressure  (kPa)]  haciendo  clic  derecho  sobre  la  misma  y  seleccionando la opción Sort para tal fin.  Observe que solamente uno de los resultados de presión para un nodo está por debajo de 150 kPa, sin  embargo  no  se  preocupe  por  este  nodo  puesto  que  se  trata  de  la  unión  en  la  zona  de  succión  de  la  estación de bombeo y este ha sido clasificado en una zona diferente a las demás uniones. 

3. 4.

5.

  En  esta  tabla  observará  que  la  demás  presiones  (nodos  clasificados  como  Zona‐1)  están  por  encima  de  300 kPa. 

Análisis Automatizado de Flujo de Incendio

6.

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Cierre el reporte tabular de nodos luego de esta rápida revisión. 

Creación de una Alternativa de Flujo de Incendio  7. 8.

9.

10.

11. 12. 13.

14.

15.

16.

17.  

Abra el administrador de alternativas a través  del menú Analysis/Alternatives.  Seleccione  la  categoría  Fire  Flow  y  expanda  esta  categoría  para  seleccionar  la  alternativa  Base “Base‐Fire Flow”.  Haga  click  derecho  y  seleccione  la  opción  New>Child  Alternative.  A  esta  nueva  alternativa  renómbrela  como  “Flujo  de  Incendio Greendale” tal y como se indica en la  figura.  Haga  doble  clic  sobre  esta  nueva  alternativa  para  abrir  la  ventana  que  permite  editar  sus  restricciones.  A  continuación,  editaremos  las  diferentes  secciones  con  las  que  cuenta  la  alternativa  de  flujo  de  incendio.  Como primera medida, nuestro análisis de flujo de incendio está basado únicamente en restricciones de  presión y no de velocidad. Por tanto, deje sin marcar la caja de selección Use Velocity Constraint?  En la sección Fire Flow Constraints  configure los campos de la siguiente manera:  Fire Flow (Needed):   42.0 L/s  Fire Flow (Upper Limit):   220.0 L/s  Apply Fire Flows By:  Adding to Baseline Demand (Adicionar a las demandas base)  En la sección Pressure Constraints defina los siguientes rangos mínimos de presión:  Pressure (Residual Lower Limit):  150.0 kPa  Pressure (Zone Lower Limit):  130.0 kPa  Nota: Deje sin marcar la opción “Use Minimum System Pressure Constraint?”  Para  este  escenario,  no  usaremos  la  opción  de  reportes  auxiliares  de  incendio  así  que  dejaremos  la  sección  Auxiliary  Output  Settings  con  sus  valores  por  defecto,  esto  significa  que  el  campo  Fire  Flow  Auxiliary Results Type estará definido como None (ninguno).  Finalmente y dado que se trata de un análisis de disponibilidad de flujo de incendio solamente para la  subdivisión Greendale, para el campo Fire Flow Nodes definiremos en el menú desplegable el grupo de  selección  de  nombre  “Greendale  FF  Junctions”  que  agrupa  21  nodos  de  esta  subdivisión  que  representarían los puntos donde se implantarían los hidrantes para atender eventuales incendios.  Al terminar la configuración de la alternativa “Flujo  de Incendio Greendale” el cuadro de diálogo debe  lucir tal y como se muestra en la figura de la siguiente página. 

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  IMPORTANTE: Observe cuidadosamente los valor ingresados en cada uno de los campos y parámetros  especificados.  18.

Una vez revisados los parámetros, haga click en el botón Close para cerrar este cuadro de diálogo y cierre  también el administrador de Alternativas. 

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Creación de Opción de Cálculo para Análisis de Flujo de Incendio  19.

Ahora deberemos ir a opciones de cálculo para configurar un tipo de simulación de análisis de incendio.  Para esto diríjase al menú Analysis/Calculation Options. 

20.

Expanda  la  categoría  Steady  State/EPS  Solver  y seleccione la opción Base.  A  continuación  haga  click  en  el  botón 

21.

22.

Duplicate   para  crear  un  duplicado  exacto  de las opciones de cálculo base.  Renombre  estas  opciones  de  cálculo  oprimiendo  el  botón  Rename  ,  como  “Opciones Análisis de Incendio” tal y como se  indica a la derecha 

 

23.

Haga  doble  click  en  Opciones  Análisis  de  Incendio  para  abrir  el  editor  de  propiedades  de esta opción de cálculo.  24. Diríjase  al  campo  “Calculation  Type”  y  del  menú  desplegable  seleccione  la  opción  Fire  Flow.  25. Al final la ventana de propiedades deberá lucir  como la figura lateral.  26. Cierre la ventana Calculation Options.    Nota: Fire Flow es un tipo de análisis en periodo  estático (Steady State) por tanto no es necesario  definir la duración de la simulación. Simplemente se  trata de analizar en un instante específico de tiempo  la capacidad del sistema de atender un evento de  incendio. 

     

Análisis Automatizado de Flujo de Incendio

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Creación y Ejecución de un Escenario de Análisis de Incendio  28.

29.

Abra  el  administrador  de  escenarios  y  seleccione  el  escenario  Demanda  Máxima  Sistema Original.  Haga  click  derecho  y  escoja  la  opción  New/Child  Scenario.  Renombre  este  nuevo  escenario como “Análisis  Incendio Greendale  Sistema Original”. 

   

30.

31.

32.

33.

34.

35. 36.

Ahora  haga  doble  click  sobre  este  nuevo  escenario  para  abrir  la  ventana  de  propiedades.  Para la categoría de la alternativa de tipo Fire  Flow  asigne  la  alternativa  de  análisis  de  incendio  previamente  creada  con  el  nombre  Flujo de Incendio Greendale.  Igualmente  en  la  sección  de  opciones  de  cálculo,  para  el  campo  Steady  State/EPS  Solver,  seleccione  Opciones  de  Análisis  de  Incendio como opción de cálculo asociada.  Las propiedades de este  escenario de análisis  de  incendio  deben  quedar  tal  y  como  se  ilustran en la figura a la derecha.   Regresando  a  la  ventana  para  administración  de  escenarios,  asegúrese  que  el  escenario  Análisis  Incendio  Greendale  Sistema  Original  se convierta en el escenario activo oprimiendo  el botón Make Current  . 

Ejecute la simulación hidráulica del análisis de incendio oprimiendo el botón Compute  .   Cierre la ventana de resumen ejecutivo de los cálculos (Calculation Summary) observando que el caudal  demandado por el sistema sigue siendo 22.14 L/s dado que este valor no incluye los caudales de incendio  analizados en la zona de Greendale. 

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37.

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Para  ver  los  resultados  del  análisis  de  incendio  abra  la  ventana  de  reportes  tabulares  oprimiendo  el  botón FlexTables 

  de la barra de herramientas. Escoja la tabla tipo Fire Flow Report. 

Nota: En este reporte aparecerán listados todos los nodos y no solamente aquellos pertenecientes al área de  estudio. Para llevar rápidamente los nodos en estudio a la parte alta de la tabla, seleccione el encabezado de la  columna [Fire Flow (Available) (L/s)] y haciendo clic derecho seleccione la opción Sort/Sort Descending. Los  demás nodos para esta y otras columnas propias del análisis de incendio tendrán el valor “(N/A)” 

38.

39.        

  Observe que la columna [Satisfies Fire Flow Constraints?] se encuentra marcada para los 21 puntos de  incendio  en  la  subdivisión  Greendale  lo  cual  nos  indica  que  el  sistema  satisface  en  dichos  puntos  un  evento de incendio y sus restricciones.   Revise los resultados y complete la tabla de resultados al final de este taller para el análisis de incendio. 

 

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Análisis de Flujo de Incendio usando Resultados Auxiliares   En la sección anterior, hemos determinado el comportamiento del sistema ante un evento de incendio en la  subdivisión Greendale encontrando los caudales disponibles del sistema en cada uno de los 21 puntos de  atención a dicho evento.  En esta sección, pretendemos conocer en cuales tuberías ante un evento de incendio tendríamos velocidades  inusualmente altas o para cuales nodos se puede presentar algún tipo de problemas para atención de flujos de  incendio en puntos específicos. Para hacer esto, usaremos la herramienta de resultados auxiliares de incendio y  el nuevo navegador de resultados de flujo de incendio (Fire Flow Results Browser). 

Configuración y Cálculo de un Análisis de Flujo de Incendio con Resultados Auxiliares  1. 2.

3.

4.

Abra  el  administrador  de  alternativas  a  través  del menú Analysis/Alternatives.  Seleccione la categoría Fire Flow y expandiendo  esta  categoría  seleccione  la  alternativa  “Flujo  de Incendio Greendale”.  Haga  click  derecho  y  seleccione  la  opción  New>Child  Alternative.  A  la  nueva  alternativa  renómbrela como “Incendio  Greendale  con  R.  Auxiliares” tal y como se indica en la figura.  Haga  doble  clic  sobre  esta  nueva  alternativa  para  abrir  la  ventana  que  permite  editar  las  restricciones del análisis de incendio. 

5.

Esta alternativa ha heredado las restricciones de flujo de incendio definidas previamente para el área de  Greendale.  No  haremos  cambios  en  dichos  valores  y  sólo  modificaremos  la  sección  de  la  ventana  “Auxiliary Output Settings”  

6.

Los cambios a realizar en los diferentes campos de esta sección serán los siguientes (ver figura  abajo):  Fire Flow Auxiliary Results Type:   Use Node Pressure Less Than?  Node Pressure Less Than:    Use Pipe Velocity Greater  Than?  Pipe Velocity Greater Than: 

         

All Nodes  True (Marque la caja de selección)  210 KPa  True (Marque la caja de selección)  1.50 m/s 

 

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7.

Asegúrese  que  el  parámetro  de  flujo  de  incendio  requerido  (Fire  Flow  (Needed))  sea  de  42  L/s,  que  las  restricciones de presión sigan siendo las mismas (130 – 150 KPa) y que el set de selección para el campo  Fire Flow Nodes sea “Greendale FF Junctions”  8. Las propiedades o restricciones de esta alternativa de incendio, se ilustran en la siguiente figura: 

  IMPORTANTE: Los resultados auxiliares representan una fotografía del conjunto de resultados para el análisis  de las condiciones establecidas para flujo de incendio para aquellos nodos diferentes a los denominados “Fire  Flow Nodes”, especialmente para aquellos que no cumplen algunas de las restricciones definidas.  Para cada uno de los nodos de incendio, se generan separadamente resultados auxiliares. Por tanto cuando se  activa esta opción se debe ser consciente del número de nodos de incendios definidos en el sistema y los  requerimientos potenciales de almacenamiento en disco. El activar esta opción puede ralentizar el análisis de  flujo de incendio.   

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9. 10.

11.

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Cierre  esta  alternativa  y  vaya  ahora  al  administrador de escenarios.  Seleccionando  el  escenario  “Análisis  Incendio  Greendale  Sistema  Original”  haga  click  derecho  y  escoja  la  opción  New/Child  Scenario.   Renombre  este  nuevo  escenario  como  “Incendio  Greendale  Original  con  R.  Auxiliares”. 

   

12.

Haga  doble  clic  en  este  nuevo  escenario  para abrir el editor de propiedades. 

13.

Para  la  categoría  Fire  Flow  asigne  la  alternativa de incendio recientemente creada  con  el  nombre  “Incendio  Greendale  con  R.  Auxiliares”.  Dado  que  se  han  heredado  las  opciones  de  cálculo para análisis de incendio del escenario  padre, no será necesario hacer ningún cambio  en este campo.  De regreso a la ventana de escenarios, active  el escenario “Incendio Greendale Original con  R. Auxiliares” seleccionando el mismo y luego   oprimiendo el botón Make Current  . 

14.

15.

 

16. 17.

Haga  click  en  el  botón  Compute   para  ejecutar  el  análisis  de  incendio  con  reportes  auxiliares  y  a  continuación cierre también el resumen ejecutivo del cálculo (Calculation Summary).  Navegue nuevamente hasta los reportes tabulares (FlexTables) y abra la tabla Fire Flow Node. En esencia  esta  tabla  deberá  lucir  igual  al  reporte  de  flujo  de  incendio  en  los  nodos  que  se  revisó  en  la  anterior  simulación. 

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Revisión de Resultados usando el Navegador de Flujo de Incendio (Fire Flow Results Browser)  Ahora utilizaremos herramientas de visualización relativas al análisis de flujo de incendio y a los resultados  auxiliares generados por el mismo. En primer lugar usaremos la herramienta Fire Flow Results Browser.  18.

19.

Diríjase  al  menú  principal  Analysis  y  seleccione  la  opción  Fire  Flow  Results  Browser  donde  observará  el  cuadro  de  diálogo que se ilustra a la derecha.  En este reporte puede hacer clic en el botón 

Zoom & Center…   que le permitirá navegar  y acercarse a cada uno de los nodos definidos  como “Fire Flow Nodes”    Nota: Observe que este reporte indica que todos  los nodos clasificados como puntos para atender  eventos de incendio cumplen (Passed) todas las  restricciones definidas. 

 

20.

21.

22.

 

Sin  cerrar  la  ventana  Fire  Flow  Results  Browser,  oprima  el  botón  FlexTables     y  abra  la  tabla  Junctions.  Esta  tabla  estará  inicialmente  poblada  con  los  resultados  de  la  simulación  hidráulica  convencional en periodo estático.  Teniendo  ambas  ventanas  abiertas,  haga  click  en  cualquier  nodo  sobre  la  ventana  Fire  Flow  Results  Browser,  a  continuación  observará  como  los  resultados  se  actualizan  en  el  reporte  tabular  Junction  FlexTable.  Para  observar  de  mejor  manera,  una  vez  seleccione  el  nodo  en  el  Fire  Flow  Results  Browser  vaya  al  reporte  Junctions  y  haga  clic  derecho  sobre  la  columna  [Pressure  (kPa)]  seleccionando  la  opción  Sort/Sort  Descending. A continuación se muestra una captura del reporte tabular Junctions, cuando el  nodo seleccionado en el navegador de flujo de incendio es el “J‐115” 

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    Nota: La combinación del navegador de flujo de incendio (Fire Flow Results Browser) junto con el reporte  tabular Junction, sólo mostrará resultados para este caso en aquellos nodos pertenecientes al set de selección  “Greendale FF Junctions” cuya presión al presentarse un evento de incendio en J‐115 está por debajo de  210 kPa. Esto según el parámetro “Node Pressure Less Than” que en la alternativa de incendio vigente quedó  definido como 210 KPa.    23. Cierre el reporte tabular Junction, sin cerrar la ventana Fire Flow Results Browser. Ahora en la ventana  FlexTables  y  abra  la  tabla  Pipe.  De  manera  análoga  a  lo  sucedido  en  los  nodos,  esta  tabla  estará  inicialmente poblada con los resultados en las líneas para la simulación hidráulica convencional. 

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24.

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Ahora  marque  por  ejemplo  el  nodo  J‐115  en  el  Fire  Flow  Results  Browser,  y  observará  como  se  actualizarán los resultados en el reporte de tuberías. Para mejor observación ordene descendentemente  la columna [Velocity (m/s)] 

  Nota: Los resultados de la figura anterior que ilustran los resultados en la tabla de tuberías cuando el nodo J‐ 115 es seleccionado en la ventana Fire Flow Results Browser, muestran que solo se presentan resultados para  aquellas tuberías del sistema que no cumplen el criterio de velocidad establecido en la alternativa de incendio  para  reportes auxiliares y que en este caso fue velocidad mayor a 1.50 m/s. Adicionalmente, se muestran los  resultados para aquellas tuberías que se conectan al nodo seleccionado bien sea que cumplan o no la  restricción de velocidad. 

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WaterCAD/GEMS sólo almacenarán dentro de los reportes auxiliares los resultados de aquellas líneas que no  cumplan la restricción de diseño junto con los de las tuberías conectadas a los nodos de incendio definidos.  25. 26.

Seleccione diferentes nodos en el navegador de flujo de incendio, donde observará que los resultados del  reporte tabular de tuberías se actualizarán con cada nodo seleccionado.  Guarde nuevamente su archivo para conservar las últimas modificaciones realizadas oprimiendo el botón  Save 

 de la barra de herramientas. 

   

Codificación de Color para Líneas Críticas  Si tiene tiempo adicional, usted podrá usar la herramienta que ofrece el software para hacer una codificación  por color que le permitirá observar cuales son las tuberías críticas para cada uno de los nodos de incendio. El  proceso a seguir se describe a continuación.  27. Si no tiene abierta esta ventana, abra la ventana de Simbología de Elementos a través del menú principal  View/Element Simbology.   28. Seleccione  la  categoría  Pipe  y  expandiéndola  desmarque  la  codificación  por  color  existente  para  los  diámetros de tubería. Esta acción desactivará dicha codificación.  29. 30. 31. 32. 33.

34.

35.

Teniendo  la  categoría  Pipe  seleccionada  haga  click  en  el  botón  New   y  del  menú  desplegable  seleccione New Color Coding.  En el panel derecho , seleccione el parámetro Velocity para el campo Field Name.  Para los rangos puede escoger un valor mínimo de 1.5 m/s y un valor máximo de 6.0 m/s.  Desplácese al panel derecho , y en el campo Options seleccione Color  and  Size del menú  desplegable.  En la tabla para los rangos de valor configure los siguientes valores y sus respectivos colores y espesores.  Value 

Color 

Size 

1.50  2.00  3.00  4.00  6.00 

Green  Dark Orange  Magenta  Red  Dark Red 

1  2  3  4  4 

Esta  codificación  nos  permitirá  visualizar  ágilmente  aquellas  líneas  críticas  por  velocidad  cuando  se  simula  un  evento  de  incendio  en  cada  uno  de  los  nodos  de  incendio  definidos  en  la  subdivisión  Greendale.  La  configuración  de  la  codificación  por  color  se  presenta  en  la  siguiente  figura.  Para  aplicar  esta  codificación haga click en el botón  y luego en . 

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36. 37.

38. 39.

     

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  Ahora,  si  ha  cerrado  el  navegador  de  flujo  de  incendio,  vuelva  abrir  esta  ventana  a  través  del  menú  Analysis/Fire Flow Results Browser.  Ahora que se tiene activa la codificación por color según rangos de velocidad (únicamente aplicable para  tuberías con velocidades superiores o iguales a 1.50 m/s – como restricción definida en el conjunto de  resultados auxiliares en la alternativa de flujo de incendio), usted puede ir seleccionando uno a uno los  nodos definidos como puntos de incendio en el Fire Flow Results Browser.  De  tal  manera  utilice  el  navegador  de  flujo  de  incendio  y  haga  Zoom  en  la  zona  de  la  subdivisión  a  desarrollarse para tener una mejor visualización de aquellas tuberías que no cumplen las restricciones.  En la siguiente página, se muestra por ejemplo la figura generada por la codificación por color cuando en  el navegador de flujo de incendio se selecciona el nodo J‐198. Los colores indican las velocidades de flujo  del  sistema  cuando  se  atiende  un  incendio  desde  este  punto  para  aquellas  tuberías  que  tienen  una  velocidad superior a la restricción definida. 

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Resultados y preguntas     Complete las siguientes tablas de resultados y a continuación responda a las preguntas del taller: 

Escenario: Demanda Máxima Sistema Original  Nodo  J‐83 

Pressure (KPa)  302.9 

HGL (mca)  559.48 

J‐110 

804.3 

559.20 

J‐114 

660.2 

558.79 

J‐138 

976.6 

558.82 

  Análisis de Incendio ‐ Escenario: Análisis Incendio Greendale Sistema Original 

J‐115 

 

Pressure (Calculated  Calculated  Junction with  Residual Lower Limit)  Minimum Zone  Minimum Pressure  – Pressure at Fire  Pressure (KPa)  (Zone)  Flow Node (KPa)       

J‐136 

 

 

 

 

J‐197 

 

 

 

 

J‐237 

 

 

 

 

Fire Flow  (Available) (L/s) 

Nodo 

Análisis de Incendio con Resultados Auxiliares ‐ Escenario: Incendio Greendale Original con R.  Auxiliares – Lista de Tuberías con Veloc. mayor a 2.0 m/s cuando el Nodo de Incendio sea J‐115 

 

 

Pipe Label   

Flow (L/s) 

Velocity (m/s) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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  Preguntas:   Ahora que ha completado este taller, discuta con su compañero las posibilidades que ofrece el análisis de flujo  de incendio y los conceptos aprendidos en este ejercicio.    1. En la revisión general de presiones para el escenario Demanda Máxima Sistema Original,  Qué  concluiría  usted acerca de las presiones en el sistema?                  2. En el Análisis Automatizado de Flujo de Incendio para este sistema, los nodos con las menores presiones  (zonales)  no  son  necesariamente  cercanos  al  punto  de  atención  del  flujo  de  incendio.  Se  presenta  este  caso?                    3. Los resultados del análisis de incendio realizado, son típicos para la gran mayoría de sistemas?                         

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  4. Cuáles tuberías presentan las velocidades más altas y cuáles serían las de mayor responsabilidad o efecto  en las limitaciones de flujo de incendio?                    5. Cuál fue la fuente de abastecimiento del sistema durante la simulación Demanda Máxima Sistema Original  vs. la fuente de abastecimiento del sistema durante el escenario de análisis de incendio?       

Calibración Hidráulica en Estado Estático usando Darwin Calibrator

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Calibración Hidráulica en Estado Estático   

Objetivo General  En este ejercicio, a usted se le entregará una Red previamente configurada, cuyos datos han sido ingresados  utilizando  los  mejores  datos  disponibles  sobre  planos  de  una  Red  real.  Igualmente,  se  le  suministrarán  un  conjunto de datos de campo incluyendo las medidas de presiones obtenidas durante un día promedio de uso  de agua y los resultados de dos pruebas de incendio.   

Usted deberá calibrar el modelo para reproducir los resultados de las medidas de presiones.   

 

 

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:   Familiarizarse con el módulo Darwin Calibrator  

Entender el proceso de importar datos de campo (mediciones) 



Ejecutar manualmente calibraciones hidráulicas basadas en mediciones de campo 



Ejecutar calibraciones automatizadas basadas en técnicas de Algoritmos Genéticos 

     

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Calibración Hidráulica en Estado Estático usando Darwin Calibrator

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Descripción del Problema    En  este  ejercicio,  el  ingeniero  utilizará  la  herramienta  Darwin  Calibrator®  para  encontrar  la  mejor  solución  calibrada del sistema en estudio. Luego del proceso inicial de calibración, se llevarán a cabo ajustes individuales  para lograr un buen ajuste final del modelo.     En la siguiente página se detalla la información en tres grupos de datos de campo para ser utilizados durante la  calibración. Los siguientes son los tipos de datos suministrados.     Presiones medidas en varios nodos durante condiciones estáticas.   Presiones residuales en hidrantes durante pruebas de flujo.   Presión en el nodo de descarga de la bomba (J‐1)    El  ingeniero  también  contará  con  las  medidas  de  flujo  en  la  estación  de  bombeo  correspondiente  a  las  presiones observadas.    Algunos datos extra:     Se sabe que en la estación de bombeo opera una sola de las bombas.   Ambos tanques tienen una superficie de agua con una elevación de 48.8 m.   No  hay  eventos  anormales  o  incidencias  operativas  en  el  sistema  que  puedan  causar  demandas  no  contempladas.   Los datos de elevaciones se han obtenido de mapas con curvas de nivel cada 0.50 m y los mismos son  confiables.    La curva de la bomba se ha verificado y es correcta.    Finalmente, sabemos que hay dos tipos de tuberías en este sistema:    1. Tuberías antiguas de hierro fundido (Cast Iron) del sistema original, a las cuales inicialmente se les va asignar  un factor C de 90.    2. Tuberías nuevas de hierro dúctil (Ductile Iron), las cual inicialmente van a tener un factor C de 130.     

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Datos de campo      Condición Estática – Promedio Diario    Ubicación  J‐1  J‐2  J‐4  J‐8  J‐12  J‐13  J‐23  J‐32 

Presión  (mH20)  42.98 40.23 33.53 21.34 38.71 36.88 31.09 41.15

Bomba 

Descarga (l/s) 

PUMP 

42.77 

HGL  (m)  50.60  47.85  48.77  48.77  49.38  49.07  48.77  48.77 

  Incendio en J‐10 (70.9 l/s)    Ubicación  J‐1  J‐10  J‐13 

Presión  (mH20)  38.10 22.25 31.40

Bomba 

Descarga (l/s) 

PUMP 

48.07 

HGL  (m)  45.72  42.06  43.59 

Incendio en J‐31 (66.2 l/s)    Ubicación  J‐1  J‐13  J‐31 

Presión  (mH20)  36.27 20.42 21.64

Bomba 

Descarga (l/s) 

PUMP 

49.77 

HGL  (m)  43.89  40.23  33.83 

    Esta prueba se ha realizado en estado estático, es decir no  existen  demandas  extraordinarias  como  podría  ser  un  incendio                             Las  presiones  y  gradientes  hidráulicos  en  esta  prueba  de  campo fueron medidas durante una prueba de incendio en  el nodo J‐10 con un caudal adicional medido de 70.9 (l/s).                  Esta  prueba,  representa  también  flujo  en  un  hidrante,  en  este  caso  fue  realizada  para  el  nodo  J‐31  con  un  caudal  adicional medido de 66.2 (l/s).             

  Nota:  Para  este  ejercicio,  usaremos  los  datos  de  la  Piezométrica  (HGL),  pero  pueden  ser  usados  indistintamente los valores de presión.        © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Configuración preliminar    Ejecute  WaterCAD/GEMS®  haciendo  Clic  en  el  icono  del  programa.  Elija  Open  del  menú  File  y  seleccione  2. DarwinCalibrator.wtg.   

Antes de comenzar con el proceso de calibración a  partir de la herramienta Darwin Calibrator, diríjase  al  centro  de  control  de  escenarios  y  cambie  el  nombre del escenario Base a “Demanda Promedio  Diaria”  utilizando  la  ventana  de  Scenarios  y  haciendo clic derecho en el Mouse para escoger la  opción  Rename  o  simplemente  oprimiendo  la  tecla [F2].        Nota: Antes de ejecutar la herramienta de Calibración, asegúrese que las unidades de presión con las que está  trabajando el modelo sean metros columna de agua (m H2O) y para Caudales (Flow) (l/s). Esto lo puede definir  y verificar en la etiqueta Units del menú Tools/Options. 

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Paso 1 – Datos de Campo    1.

Seleccione el calibrador de Darwin® mediante el menú desplegable principal Analysis/Darwin Calibrator…  o mediante el botón Darwin Calibrator 

2.

 en la barra de herramientas. 

A continuación haga clic en el botón New    y escoja la opción New Calibration Study para iniciar la  configuración de un análisis de calibración. A este nuevo estudio de calibración le asignaremos el nombre  “Estudio Calibracion” (Ojo: Por favor escriba la palabra “Calibracion” sin acento/tilde)    Habiendo  creado  un  nuevo  estudio  de  calibración  y  teniendo  seleccionada  la  pestaña  “Field  Data  Snapshots” (Registros Temporales de mediciones de campo), observaremos que la  sección derecha de la  ventana  se  divide  en  dos  partes:  (i)  Una  sección  superior  donde  se  almacenan  los  grupos  de  registro  (agrupaciones de observaciones de campo en instantes del tiempo), y (ii) las observaciones de campo en  diversos elementos para cada grupo de registros. 

 

Grupos de Registros

Observaciones de Campo

  IMPORTANTE:  Por  ahora  no  ingresaremos  las  observaciones  o  datos  de  campo  consignados  en  la  página  3.  Dado que para esto usaremos más adelante un proceso automatizado de importación de datos.              © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Definición de Criterios de Calibración (Factores de Ponderación)  Dado que la calibración hidráulica, debe hace una valoración matemática de la función ajuste (Fitness) basada  en  mediciones  de  carga  y  caudales;  dentro  de  los  criterios  calibración  se  deberán  definir  los  factores  de  ponderación para carga (WH) y caudal (WQ), tal y como se indica en caso que la función de ajuste se defina por  mínimas diferencias cuadradas  1 1 F ( H mod  H obs ) 2  (Qmod  Qobs ) 2   wH wQ   3. Seleccione entonces la etiqueta Calibration Criteria en la parte superior y asegúrese que las opciones para  la función objetivo sean las siguientes: 



‐ ‐ ‐ ‐



Fitness Type: Minimize Difference Squares  Head per Fitness Point: 0.30  Flow per Fitness Point: 0.63  Flow weight type: Linear   

 

 

Ingreso de Datos de Campo a través de la Importación de Observaciones  A continuación podríamos dirigirnos a la pestaña “Field Data Snapshots” en la esquina superior izquierda, para  ingresar  uno  a  uno  las  observaciones  establecidas  en  página  3  para  los  grupos  de  registro:  Dia  Promedio,  Promedio + Incendio en J‐10 y Promedio + Incendio en J‐31.    En este caso quizás no sería un trabajo mayor pues las observaciones no son numerosas. Sin embargo, en la  realidad las observaciones de campo registradas por dispositivos como Data‐Loggers, Transductores de Presión,  Caudalímetros pueden llegar a ser cientos de miles.    En este taller aprenderá a importar mediciones de campo de una fuente externa de datos que podría ser Ms‐ Excel a través de la herramienta ModelBuilder.    4. Bajo  la  pestaña  “Field  Data  Snapshots”,  asegúrese  que  el  escenario  representativo  para  el  estudio  de  calibración, sea “Demanda Promedio Diaria”.  5.

Cierre el cuadro de diálogo del módulo Darwin Calibrator. 

6.

Para importar datos externos, deberá abrir la herramienta ModelBuilder mediante el botón  menú Tools/ModelBuilder. 

 

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 o bajo el 

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   para abrir el asistente de configuración de ModelBuilder.  

7.

Haga clic en el botón New 

8.

Para  el  campo  “Select  a  Data  Source  type”,  seleccione  del  menú  desplegable  la  opción  Excel  2013/2010/2007 (12.0) como tipo de archivo. 

9.

Para  el  campo  “Select  your  Data  Source”,  busque  y  seleccione  el  archivo  Datos_Campo.xlsx  que  se  encuentra en su carpeta de archivos de inicio. Su ventana deberá lucir tal y como se indica: 

  Nota:  La  información  a  ser  importada  ha  sido  previamente  preparada  y  organizada  en  el  archivo  Datos_Campo.xlsx. Este archivo está compuesto por tres hojas: [Snapshots], [Datos Observados] y [Ajustes de  Demanda]     

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10. Haga  clic  en  el  botón  ,  para  definir  las  opciones  espaciales  y  de  conectividad,  seleccionando  lo  siguiente:  ‐ Specify the Coordinate Unit of your Data Source:   m  ‐ Create nodes if none found at pipe endpoint:    True (marque la caja de selección)   

  11. En  el  siguiente  paso  “Specify  element  create/remove/update  options”  dado  que  en  este  proceso  de  importación o vamos a crear elementos de la red, puede dejar los valores por defecto marcados y haga  nuevamente clic en .  12. En el diálogo “Specify additional Options” conserve los valores por defecto y haga nuevamente clic en el  botón . 

  13. A continuación llegamos a la sección “Specify Field Mapping for each table” en la cual debemos hacer el  mapeo/relación de atributos entre WaterCAD/GEMS y el archivo en Excel.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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14. En primer lugar seleccione en la sección izquierda la tabla Snapshots. Teniendo activa la pestaña Settings  en la sección derecha del diálogo, seleccione Field Data Snapshot en el campo Table Type.  15. Para el campo Key Fields, escoja la columna Snapshot Label.  16. Por su parte para la tabla de mapeo inferior relación los siguientes campos:  ‐ ‐ ‐ ‐

Time:    Owner:  Dates:    Notes:   

Time  Owner [Label]  Date  Notes   /   Demand Multiplier: 

Demand Multiplier  

 

 

17. Para  hacer  el  mapeo  de  datos  para  los  registros  de  datos  observados,  seleccione  la  tabla  [Datos  observados]  en  la  sección  izquierda  de  la  ventana  y  en  la  parte  derecha  establezca  las  siguientes  relaciones:  ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

Table Type:    Key Fields:    Element Label:   Node attribute:  Node HGL (m):   Pump attribute:  Pump Discharge (L/s):  Element Type:  

Field Data Snapshots, Observed Targets  Field Data Snapshot Label  Element (Label)  Node Attribuite (Label)  Hydraulic Grade   /   Unit:   m  Pump Attribute (Label)  Flow       /   Unit:   L/s  Element Type (Label) 

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Su ventana debería lucir tal y como se muestra a continuación: 

  18. Finalmente,  haremos  el  mapeo  de  datos  para  los  respectivos  ajustes  de  demanda  en  mediciones,  seleccionando  la  tabla  [Ajustes  de  Demanda]  en  la  sección  izquierda.  En  la  parte  derecha  deberá  establecer las siguientes relaciones:  ‐ Table Type:    Field Data Snapshots, Demand Adjustments  ‐ Key Fields:    Field Data Snapshot label  ‐ Element Label:   Element (Label)  ‐ Additional Demand (l/s):  Additional Demand   /   Unit:   L/s  

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  19. Haga Clic en Next para proceder a la importación de datos desde el archivo fuente. Para activar el proceso  de importación marque “Yes” cuando se le pregunte “Would you like to build a model”  y haga clic en el  botón .  20. Una vez la herramienta ModelBuilder completa el proceso de importación, usted podrá ver un resumen de  dicho proceso tal y como se indica: 

 

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  21. En  este  punto  (y  si  no  tiene  mensajes  de  advertencia),  hemos  importado  exitosamente  en  Darwin  Calibrator  los  datos  de  las  mediciones  de  campo.  Usted  puede  cerrar  este  informe  resumen  y  seguidamente cerrar la ventana ModelBuilder.  22. Abra nuevamente Darwin Calibrator (Menú Analysis/Darwin Calibrator), y usted deberá ver para el estudio  de calibración creado previamente 3 diferentes grupos de registro (Snapshots) y para cada uno de ellos las  distintas mediciones de campo. Tal y como se ilustra a continuación: 

  IMPORTANTE: Verifique que para los Snapshots Promedio + Incendio en J‐10 y Promedio + Incendio en J‐31,  en la pestaña “Demand Adjustments” se haya agregado el valor de caudal en estos nodos por concepto de la  prueba de incendio en dichos registros.    © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

 

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Paso 2 – Grupos de ajuste    El calibrador Darwin permite realizar ajustes variando tres tipos de parámetros: (1) Rugosidades, (2) Demandas  y (3) Estado de Elementos (Open/Close). El primer grupo de ajuste que generaremos es el de rugosidades.   

Para ello agruparemos las tuberías basados en el material. El objetivo de esta agrupación es asignar diferente  factores  de  ajuste  a  las  tuberías  diferenciando  las  de  hierro  fundido  (Cast  Iron)  sin  revestimiento  de  las  de  hierro dúctil (Ductile Iron) con revestimiento.    

1.

2.

En el cuadro de diálogo del calibrador Darwin, seleccione en la ventana superior Roughness Groups para  obtener el dialogo de grupos por rugosidad. Haga clic en el botón New y al nuevo grupo creado nómbrelo  Hierro Fundido en la Columna Label. 

  A  continuación  seleccione  el  campo  de  la  columna  Elements,  que  de  momento  nos  indica  que  el  este  nuevo grupo de rugosidad no tiene ningún elemento. Haga clic en el botón ellipsis (…) y en el cuadro de  dialogo de Sets de Selección haga Clic en el botón Select from Drawing 

 

Utilizaremos una de las varias posibilidades  que  nos  ofrece  WaterCAD/GEMS  para  agrupar  elementos.  En  este  caso  haremos  un filtro por material.  Para el nuevo grupo  solo  queremos  las  tuberías  de  hierro  fundido (Cast Iron).   3.

En el cuadro de dialogo que aparecerá,  oprima  el  botón  ,  esta  vez  no  seleccionaremos  manualmente  los  elementos,  asi  que  haremos  uso  de  la  herramienta Query, que permite hacer  consultas  y  selecciones  según  criterios  dados. 

4.

Haga  Clic  en  el  botón    y  seguidamente  en  la  categoría  Custom  Queries/Pipe, tal y como se muestra a  la derecha. 

.       

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Haga un filtro seleccionando lo siguiente:  ‐ Label:     Material (Haga doble clic sobre Material en la ventana de atributos)  ‐ Operator:   =  ‐ Value:    ‘Cast Iron’ (descripción del Material, atributo tipo “String”)  Antes de oprimir el botón , verifique que la descripción de la consulta coincida con la figura que se  indica a continuación. 

    Nota:  Observe  la  gran  cantidad  de  operadores  disponible  en  el  cuadro  de  dialogo  “Query  Builder”  este  está  basado en el lenguaje SQL y permite hacer consultas compuestas de alta complejidad.  5.

Haga clic en OK, y a continuación en el botón Done 

 de la herramienta Select. 

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6.

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Este  filtro  o  Query  va  a  seleccionar 17 tuberías de hierro  fundido  que  se  encuentran  en  nuestro modelo topológico.  

  Las  tuberías  incluidas  en  este  conjunto  de  selección,  aparecerán  en  la  ventana  Selection Set.   

7.

Añada  ahora  con  el  Botón  New,  el  otro  grupo  de  ajuste  por  rugosidad  al  cual  denominaremos  Hierro  dúctil en la columna Label. 

 

  8.

Siguiendo  el  mismo  proceso  ejecutado  anteriormente,  oprima  el  botón  ellipsis  (…)  y  a  continuación  seleccione en el cuadro de dialogo Selection Set el botón Select from Drawing 

9.

. 

Sobre la ventana de Selección que se activará encima del área de dibujo, haga clic en el botón Query y en  el menú desplegable seleccione Custom Queries/Pipe. 

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Para esta nueva consulta definimos los criterios de la siguiente manera:  ‐ Label:     Material (Haga doble clic sobre Material en la ventana de atributos)  ‐ Operator:   =  ‐ Value:    ‘Ductile Iron’  

  10. Haga clic en OK, y a continuación en el botón Done   

 de la herramienta Select. 

 

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11. En  el  dialogo  de  Selection  Set,  aparecerán las 29 tuberías restantes  que  tiene  el  modelo  y  que  corresponden  al  material  Hierro  Dúctil.    Su  cuadro  de  dialogo  debe  lucir  de  manera similar a como se ilustra a la  derecha.     

  12. Finalmente oprima el botón  y con esto habrá sido definido el segundo grupo de Rugosidad.   

 

  Nota:  Observe  en  las  pestañas  del  cuadro  de  dialogo  del  calibrador  de  Darwin,  que  existe  también  la  posibilidad de establecer grupos de demandas (Demand Groups) para el elemento “Junctions” y de estado de  tuberías (Status Elements). En esta primera parte del taller solamente haremos una calibración para ajustar los  valores de rugosidad en las tuberías.              © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Simulación Base – Primera Simulación Manual    En este paso procederemos a establecer los parámetros de variación para la calibración. En primera instancia,  realizaremos una simulación base Manual para observar el grado de ajuste (Fitness) del sistema simulado con  la realidad.  1.

2. 3.

Para configurar esta simulación base, abra el menú desplegable del botón de New  en la pantalla principal  del calibrador y elija la opción New Manual Run. Esta simulación de calibración, la llamaremos Base. 

  En  la  sección  derecha  de  la  ventana  del  calibrador,  aparecerán  cinco  nuevas  pestañas:  Roughness,  Demand, Status, Field Data y Notes. Seleccione la etiqueta “Roughness”  En dicha pestaña (Roughness) del calibrador mantenga los multiplicadores en 1.00 en ambos grupos para  mantener un valor constante del coeficiente C de Hazen – Williams durante la simulación base. 

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4.

Puede verificar que las etiquetas “Demand” y “Status” no tienen ningún tipo de información pues no se  han creado grupos de ajuste para dichos parámetros.   

5.

En  la  etiqueta  “Field  Data”  verifique  que  las  tres  diferentes  observaciones  que  hemos  agregado se encuentran activas.   Esto  quiere  decir  que  Darwin  Calibrator  tendrá  en  cuenta  dichas  observaciones  al  momento de procesar la calibración. 

   para  simular  los  cálculos  del  proceso  de  calibración  y  ver  los 

6.

Haga  clic  en  el  botón  Compute  resultados. 

7.

Terminado  el  proceso  manual  de  calibración,  haga  clic  en  el  botón  . 

  8.

Resaltando la categoría  puede observar en la ventana derecha el grado de Fitness. El mismo  en  este  caso  de  calibración  manual  tiene  un  valor  20.182  que  podríamos  catalogar  como  un  grado  de  ajuste  aceptable  según  los  datos  observados  (siendo  0  el  valor  del  Fitness  para  un  sistema  idealmente  calibrado) pero que puede mejorar mediante un proceso de optimización. 

9.

Para la Solución 1 y teniendo activa la pestaña  podemos observar para cada uno de  los grupos de datos el valor o rango de error RMSE tanto en gradientes hidráulicos como en caudales. 

10. Adicionalmente, la tabla inferior muestra para cada uno de los elementos y grupos de datos de campo el  valor observado y el simulado.   Complete sus observaciones en las tablas de resultados al final del problema.   

     

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  11. De  igual  manera  el  grafico  de  dispersión  para  mediciones  de  HGL  puede  observarse  haciendo  clic  en  el  botón Graph 

. 

En este gráfico, observará el comportamiento de la calibración con respecto a los puntos medidos en el  campo. La línea azul o de correlación representa la unión de los puntos ideales. Cuanto más cercanos se  encuentran los puntos observados de la línea de correlación, mejor es la calibración, y por ende el modelo  se encuentra muy cercano a lo que ocurre en la realidad.   

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12. Discuta  con  sus  compañeros  la  gráfica.  Observe  por  ejemplo  en  la  gráfica  que  la  cercanía  de  los  datos  observados  con  la  línea  de  correlación  (Línea  Azul)  es  bastante  cercana  para  “Día  Promedio”  pero  tiene  una dispersión que comienza a ser mayor para “Incendio en J‐10” e “Incendio en J‐31”.       

 

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Calibración Manual – Segunda Simulación    Lo  realizado  en  el  paso  anterior  es  simplemente  una  observación  para  darnos  una  idea  de  cuan  alejado  se  encuentra nuestro modelo de la realidad en caso de no realizar ningún ajuste.    1.

La segunda simulación de calibración que realizaremos será también manual, y deberá estar basada en el  conocimiento que poseemos del sistema y algunos supuestos intuitivos o preliminares. 

2.

Para configurar esta nueva calibración, seleccione la raíz del estudio de calibración y oprima el botón New  en la ventana principal del calibrador Darwin. En el menú desplegable escoja New Manual Run y nombre  esta nueva simulación como “Reducir C a la mitad”. 

3.

Seleccionando  esta  nueva  simulación,  diríjase  a  la  pestaña  de  rugosidad  (Roughness)  e  introduzca  un  multiplicador para ambos grupos de rugosidad según material como 0.50 

4.

  Dado que solamente realizaremos una calibración de las rugosidades no realizaremos ningún otro cambio.  Por  tanto,  Teniendo  seleccionada  la  simulación  “Reducir  C  a  la  mitad”,  oprima  el  botón  Compute  para simular los cálculos del proceso de calibración y ver los resultados. 

 

5.

El  modelo ejecutará una  simulación con factores C reducidos a  la mitad  del  valor del  escenario original.  Para este escenario se obtiene un Fitness de 582.512, muchísimo más alto que en la simulación manual  analizada anteriormente. Esto claramente nos indica que la hipótesis de reducir a la mitad los valores de  rugosidad, no es acertada, sino que se aleja de las mediciones de campo. 

6.

Para  ver  los  resultados,  seleccione  bajo  este  escenario  de  calibración  la  Solucion  1,  active  la  pestaña   y expanda completamente la ventana y observe los datos que corresponden con la  observación de piezométricas (Hydraulic Grade) y de gasto (Flow). 

7.

Use los valores en la columna simulada (Simulated) para llenar la tabla de resultados al final del ejercicio  en la columna titulada Reduzca C. En la tabla ubicada debajo de la mencionada anteriormente, ingrese los  factores de ajuste y el valor final de ajuste Fitness.  La  siguiente  es  una  vista  de  la  ventana  del  calibrador  para  resultados  simulados,  una  vez  termina  el  proceso de calibración: 

 

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  8.

Observe que la columna de diferencia en (m) para valores de gradiente hidráulico, presenta para algunas  mediciones diferencias bastante pronunciadas en esta simulación. 

9.

Teniendo  resaltada  la  Solución  1  para  la  simulación  “Reducir  C  a  la  mitad”  haga  clic  en  el  botón  Graph   de  la  barra  de  herramientas,  el  cual  le  permite  observar  el  gráfico  de  correlación  que  ratificará  lo  anterior: 

 

 

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  En este caso, la calibración esta desviada solo por algunos metros con respecto al Día Promedio (puntos  rojos), algo alejada durante el incendio en J‐10 (verde) y completamente desviada durante las mediciones  en la condición incendio en J‐31 (magenta).  Este proceso de calibración manual, aun contando con una herramienta como el calibrador que le puede  ayudar a mantener un registro de las pruebas, puede llevar largas horas, días o aun meses hasta alcanzar  un grado de ajuste adecuado.    10. En el próximo paso, el ingeniero ensayará una calibración automatizada (Optimizad Run) y observará los  beneficios  de  la  utilización  de  Darwin  (Algoritmos  Genéticos  Multi‐Objetivo),  tanto  en  tiempo  como  en  exactitud.  11. Ahora puede cerrar el gráfico y no olvide guardar su archivo constantemente con el botón Save.   

 

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Calibración con Optimización    La calibración optimizada es posible gracias a la capacidad de utilizar algoritmos genéticos en WaterCAD/GEMS.  Estos  algoritmos  permiten  llegar  a  una  solución  mucho  más  ajustada  con  una  combinación  de  parámetros  adecuada.    1.

Para realizar esto comenzaremos por crear una nueva calibración, resalte la raíz del estudio de calibración  (Estudio Calibracion) y luego haga clic en el botón New en la ventana principal del calibrador. En el menú  desplegable que se abre escoja la opción New Optimized Run. 

 

  2.

A esta simulación automática (no manual) la llamaremos Optimizada. Como podrá observar, la ventana de  la  derecha  cambia  de  configuración  permitiendo  ahora  el  ingreso  un  rango  de  valores  para  cada  parámetro.  En  este  caso,  solamente  tenemos  grupos  de  rugosidades  y  es  el  único  parámetro  que  se  va  ajustar.  

3.

Los rangos de variación dependen altamente del conocimiento que se posea del sistema. En este caso el  ingeniero  establecerá  un  rango  de  variación  para  la  rugosidad  original  de  entre  0.5  a  1.5.  El  salto  del  multiplicador (Increment) será de 0.10. 

4.

Este intervalo de valores define el límite de variación para los valores de rugosidad dentro de los cuales  puede desplazarse el algoritmo de cálculo. Su ventana del calibrador se ilustra en la siguiente figura: 

 

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    5.

 

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A  continuación,  seleccione  la  pestaña  Options en la parte superior y asegúrese  que las opciones para la función objetivo  sean las siguientes:   ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

Fitness Tolerance: 0.001  Maximum Trials: 50,000  Non‐improvement Generations: 100  Solutions to Keep: 3  Leakage Detection Penalty Factor: 50 

Los  demás  parámetros  u  opciones  avanzadas  para  la  ejecución  del  Algoritmos  Genéticos  (A.G.)  puede  dejarlas con sus valores por defecto. 

6.

Haga clic en el botón Compute  genéticos. 

 para iniciar el proceso automatizado de calibración usando algoritmos 

A  continuación  usted  vera  un  cuadro  de  dialogo  que  le  mostrará  como  WaterCAD/GEMS  automáticamente empieza a evaluar cientos de miles de escenarios en diferentes simulaciones (Trials) a  medida que el algoritmo genético procesa y evalúa nuevas generaciones y comienza a reducir el valor del  fitness.  7.

Luego  usted  recibirá  el  mensaje  “Calibration  optimization  completed  successfully”  indicando  que  ha  terminado el proceso. Haga clic en el botón  

8.

Seleccione  el  nivel  “Solutions”  bajo  la  simulación  Optimizada  para  analizar  las  soluciones  que  ha  conservado  el  A.G.  Como  primera  observación,  vemos  que  el  Fitness  para  las  tres  diferentes  soluciones  (inferiores  a  5.0)  que  plantea  Darwin  Calibrator  son  bastante  menores  al  valor  de  la  solución  manual  usando  los  valores  base  del  modelo,  lo  cual  nos  indica  que  en  términos  de  comparar  los  valores  de  piezométrica y gastos, que esta solución es claramente mejor que las dos previas. 

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  Observando para la Solución 1 (La mejor), la tabla de diferencias entre valores observados vs. Simulados y  el grafico de correlación, confirmamos la exactitud de esta solución: 

 

 

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10. Observando  la  tabla  de  resultados  simulados,  se  puede  analizar  que  las  diferencias  en  los  valores  de  la  línea  de  gradiente  hidráulico  son  en  todos  los  casos  inferiores  a  1.5  m,  y  en  un  90%  de  los  datos  las  diferencias son inferiores a 1.0 m. Lo cual es una muestra clara de un buen grado de ajuste.  Para el grafico de correlación de lecturas de piezométricas de la Solución ‐ 1, tenemos:   

 

 

A pesar que el grafico de dispersión muestra una buena correlación, vale la pena plantearse las siguientes  preguntas: Los ajustes en los valores de las tuberías son dudosos? ‐Tal vez estamos tratando de ajustar los  parámetros incorrectos? ‐ Observaremos en el paso siguiente que sucede al ajustar las demandas.     11. Anote los resultados de la solución de la calibración optimizada y complete la tabla de valores al final del  ejercicio. Complete también la tabla de factores de ajuste y Fitness.      

 

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Ajustes para la Demanda    Si  consideramos  que  para  este  sistema,  los  datos  observados  no  se  obtuvieron  durante  una  hora  promedio,  sino  al  medio  día  cuando  las  demandas  estaban  arriba  del  promedio.  Las  demandas  comerciales  tienen  un  comportamiento  diferente  de  las  demandas  residenciales  (o  fijas).  Crearemos  entonces  dos  grupos  de  demandas con la misma mecánica con la que creamos los grupos de tuberías.  1.

Primero  genere  una  nueva  calibración    “hija”    de  la  reciente  calibración  Optimizada,  para  conservar  los  parámetros y valores de entrada de la anterior optimización. 

2.

Para crear esta calibración, resalte la simulación “Optimizada” y haga clic con el botón derecho del mouse  luego seleccione en el menú emergente New/New Optimized Run. 

 

  3.

A  esta  nueva  simulación  de  calibración  la  llamaremos  “Demanda Optimizada”.  Dado  que  esta  nueva  calibración  incluirá  el  ajuste  de  las  demandas  asignadas  a  los  nodos  en  el  escenario  representativo,  antes  de  configurar  los  parámetros  de  esta  simulación, debemos crear los grupos de ajuste de demanda. 

   

    4.

Para  crear  los  grupos  de  ajuste  de  demanda,  seleccione  la  raíz  de  estudio  de  calibración  (Estudio  Calibracion), y haga clic en la etiqueta “Demand Groups” de la sección derecha. Seguidamente haga clic  en el botón New y en la columna Label nombre al primer grupo como Comercial. 

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5.

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  A  continuación  seleccione  el  campo  de  la  columna  Elements,  que  de  momento  nos  indica  que  el  este  nuevo grupo de Demanda no tiene ningún elemento (0 Items). Haga clic en el botón ellipsis (…). 

6.

En  el  cuadro  de  dialogo  que  aparecerá,  oprima el  botón , a partir  de allí  utilizaremos  nuevamente  la  herramienta  Query  incluida  en  la  ventana  de  herramientas  de  selección  sobre  dibujo,  que  sabemos  nos  permite  seleccionar  elementos según criterios dados. 

7.

Haga Clic en  y seguidamente en  el  set  de  selección  Consumo  Comercial,  tal y como se ilustra. 

    Nota:  Los  grupos  de  selección  (Selection  Set)  Consumo  Comercial  y  Consumo  Residencial  fueron  previamente  creados  en  el  modelo  agrupando  los  nodos  que  tenían  un  patrón  de  consumo  (Pattern  ‐  Demand) comercial y residencial respectivamente.  Para  verificar  esta  información  puede  oprimir  posteriormente  el  botón  Demand  Control  Center     y  verificar el patrón de consumo asociado a cada nodo.    En caso de tener dudas sobre la creación de grupos de selección sobre los elementos de la red, consulte a  su instructor.    8.

Observe  que  los  elementos  agrupados  con  consumo  comercial  quedaran  resaltados  en  Rojo.  A  continuación oprima el botón Done 

 de la herramienta Select. 

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Este  filtro  o  Query  va  a  seleccionar  los  8  elementos  de  unión,  caracterizados  por  un  patrón  de  consumo  de  tipo  comercial. 

10.  Los  nodos  incluidos  en  este  conjunto  de  selección,  aparecerán  en  la  ventana  Selection Set. Haga clic en . 

  11. Deberá observar un grupo de ajuste  con 8 elementos denominado Comercial. Nuevamente haga clic en  New y nombre en la columna label un nuevo grupo de ajuste como Residencial.  

 

 

12. De manera análoga a los pasos 5) a 10) ejecutados anteriormente, para el campo de la columna elements,  oprima  el  botón  ellipsis  (…)  y  a  continuación  seleccione  en  el  cuadro  de  dialogo  Selection  Set  el  botón  .   13. Sobre la ventana de Selección que se activará sobre el área de dibujo, haga clic en el botón Query y en el  menú desplegable seleccione el grupo de selección Consumo Residencial.  14. Observe que los elementos agrupados con consumo comercial quedaran resaltados en Rojo. haga clic en  el  botón  Done  ,  el  cuadro  de  dialogo  indicará  las  12  uniones  caracterizadas  por  un  patrón  de  consumo de tipo residencial. Finalmente haga clic en .  15. Ahora  observará  los  dos  nuevos  grupos  de  ajuste  de  demanda.  Por  defecto  estos  grupos  de  demanda,  aparecerán activos en las simulaciones de calibración previamente configuradas inclusive en la simulación  “Demanda Optimizada” 

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16. Activando  la  pestaña  Demand,  defina  el  multiplicador  con  el  valor  de  1.0  en  los  ajustes  manuales  previamente configurados, esto es en las simulaciones de calibración “Manual” y “Reducir C a la mitad”.  Esto con el objeto que no tenga efecto en los ajustes previamente calculados. 

  IMPORTANTE:  Señale  el  escenario  Optimizada,  haga  Clic  en  la  pestaña  Demand  y  cambie  los  multiplicadores a 1.0 en ambos grupos (máximo y mínimo). Esto es para evitar que en este escenario de  calibración se tengan en cuenta los nuevos grupos de ajuste y se conserve igual.   

 

 

17. Ahora  comenzaremos  la  configuración  de  la  simulación  de  ajuste  “Demanda  Optimizada”.  Resalte  dicha  simulación,  y  en  la  pestaña  Demand  teniendo  activos  los  grupos  Comercial  y  Residencial,  establezca  en  ambos  los  valores    0.50,  1.50,  y  0.10  para  las  columnas  Min  Multiplier,  Max  Multiplier  e  Increment  respectivamente. Su ventana debe aparecer de la siguiente manera:   

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18. También puede hacer Clic sobre la pestaña Roughness para asegurarse que los valores de la simulación  Optimizada anterior (padre) han sido trasladados correctamente. Si no es así, asegúrese de configurarlos.   

 

 

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19. Finalmente  verifique  en  la  pestaña  Options que las opciones para la función  objetivo  sean  iguales  a  las  de  la  simulación previa. Esto es:   ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

Fitness Tolerance: 0.001  Maximum Trials: 50,000  Non‐improvement Generations: 100  Solutions to Keep: 3   

20. Ahora ejecutaremos la nueva simulación “Demanda Optimizada” teniéndola resaltada y haciendo clic en  el botón Compute. 

  El resumen del Fitness obtenidos se muestra a continuación: 

 

 

 

21. A la luz de estos resultados, es claro que el grado de ajuste es superior que en los análisis previos pues  estamos permitiendo al calibrador de Darwin, no solo ajustar el coeficiente C de Rugosidad, sino también  las demandas asignadas a los nodos.  22. Haga clic en el botón Graph para observar el diagrama de correlación del parámetro LGH para la Solución  ‐1 en la simulación Demanda Optimizada:   

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23. Complete los resultados de la solución en la columna de Demanda Optimizada en la tabla de resultados,  tabla de Grupos de Ajustes y Fitness.     

 

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Guarde la solución Óptima    Uno de los grandes beneficios de Darwin es que el Ingeniero puede exportar cualquiera de las soluciones como  un nuevo Escenario en el modelo, de manera de utilizarlo como punto de partida para nuevas modelaciones  calibradas o para comparar con modelaciones anteriores.    24. Crearemos  ahora  un  escenario  con  los  resultados de la calibración que a nuestro  criterio  sea  Óptima.  En  este  caso  optaremos  por  la  Solución  ‐1  de  la  simulación Demanda Optimizada.  25. Señalando  “Demanda  Optimizada”  haga  Clic en el botón Export to Scenario. 

  

26. En  el  cuadro  de  dialogo  que  aparece,  deberá  especificar  el  nombre  del  nuevo  escenario  y  si  desea  exportar  las  rugosidades y demandas calibradas.  27. En  este  caso  no  hemos  definido  grupos  de  estado  (Status),  así  que  no  es  necesario exportar esta información.  28. Conservamos  los  nombres  por  defecto  que  sugiere  el  calibrador  y  hacemos  Clic  en  y nuevamente en  al tener  la  confirmación  que  el  escenario  ha  sido  creado.  29. Cierre la ventana Darwin Calibrator.         30. Diríjase  al  administrador  de  escenarios  haciendo clic en el botón Scenarios. 

 

31. Verifique  que  el  nuevo  escenario  de  Calibración  (Demanda  Optimizada  –  1),  ha  sido creado con las nuevas alternativas físicas  y  de  demandas  que  podrá  visualizar  en  la  ventana de propiedades.       

 

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Resultados 

    Dia Promedio  J‐1  50.60  J‐2  47.85  J‐4  48.77  J‐8  48.77  J‐12  49.38  J‐13  49.07  J‐23  48.77  J‐32  48.77  Bomba (l/s)  42.77      Incendio en J‐10  J‐1  45.72  J‐10  42.06  J‐13  43.59  Bomba (l/s)  48.07      Incendio en J‐31  J‐1  43.89  J‐13  40.23  J‐31  33.83  Bomba (l/s)  49.77      Factores de Ajuste 

                        

                                                

                 

                                                

  Datos   con error 

Optimizado   con errores 

 

Demanda  Optimizada 

Optimizada 

Reduzca C  por mitad 

Simulado  (Escenario  Base) 

Nodo 

Observado 

  Resultados  Observaciones de Gradiente Hidráulico HGL (m) / Solución ‐ 1             

                                                

     50.29  48.46  49.38  48.16  49.99  49.07  47.24  47.85  43.47                         

                                              

  Hierro Fundido  Hierro dúctil  Comercial  Residencial  Ajuste (Fitness) 

           

           

           

Optimizado   con errores 

Demanda  Optimizada 

Reduzca C  por mitad 

Base 

Grupos de Ajuste  (Solución – 1) 

Optimizada 

 

           

           

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Discusión    1. Que puede pasar si confía en un modelo que solamente ajusta la rugosidad?            2. El  cambio  de  los  factores  C  tuvo  un  efecto  mayor  en  el  gradiente  hidráulico  en  las  simulaciones  de  pruebas contra incendio? Por qué?             3. Qué  se  puede  decir  acerca  de  tratar  de  simular  la  calibración  optima  durante  periodos  de  demandas  bajas con algunos errores en los datos?            4. Si usted pudiera obtener más datos, que tipo de datos buscaría?               5. En  un  sistema  real,  se  puede  esperar  que  todos  los  clientes  comerciales  tengan  los  mismos  ajustes  de  demandas?            6. Qué tipo de precisión puede esperar con medidas del gradiente hidráulico reales?                 

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Simulación en Periodo Extendido – Costos de Energía   

Objetivo General  En  este  ejercicio  aprenderá  a  utilizar  la  funcionalidad  de  incluir  un  conjunto  de  controles  operacionales  en  WaterCAD/GEMS en la configuración de distintos escenarios.    Así  mismo  a  través  del  módulo  “Costos  de  Energía”  usted  podrá  evaluar  tres  estrategias  de  operación  y  bombeo para un sistema determinado a partir de una Simulación en Periodo Extendido (EPS) de 24 horas, para  seleccionar aquella que represente el menor costo de utilización energética.    Esta herramienta para estimación de costos energéticos que brinda WaterCAD/GEMS ha probado ser muy útil  durante estrategias de racionamiento del suministro y reingeniería en la gestión de sistemas de distribución.     

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:   Configurar y Ejecutar una Simulación en Periodo Extendido (EPS)  

Manejo de Escenarios y Alternativas y comparación de resultados hidráulicos 



Crear y aplicar controles lógicos en elementos del sistema 



Aplicar la herramienta de topología activa 



Modelar Bombas de Velocidad Variable (VSP) 



Desarrollar un análisis de costos de energía 

                                         

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Enunciado del problema | No introduzca datos, sólo lea con atención antes de empezar      En este taller trabajará sobre tres estrategias de bombeo estableciendo los costos de cada una y evaluando la  más económica. Los escenarios serán los siguientes:     1. Bombeo a velocidad constante con almacenamiento  2. Bombeo a velocidad constante sin almacenamiento  3. Bombeo a velocidad variable sin almacenamiento   

Cada  una  de  estas  estrategias  operacionales  será  representada  por  una  Simulación  en  Período  Extendido.  El  dibujo de la red (ver esquema) y la mayoría de la información ya han sido ingresados en un archivo base. 

 

  Demandas:  Necesitará  ingresar  el  patrón  de  demandas  indicado  en  la  tabla  de  la  derecha  y  asignar  dicho  patrón  a  todos  los  nodos.  Este  patrón  será  utilizado  en  todos  los  escenarios, dado que consideraremos que la demanda del sistema es la misma y  se mantiene invariable para cada escenario.               

Hora  0:00  3:00  6:00  9:00  12:00  15:00  18:00  21:00  24:00 

 

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Multiplicador  0.8  1.0  1.2  1.4  1.2  1.0  0.8  0.6  0.8 

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Bombas:  El sistema presenta un solo tipo de definición de bombas. La curva de eficiencia de la bomba para cada una de  las bombas bajo todos los escenarios está descrita por:    Tipo de eficiencia / Efficiency Type  Punto de Mejor Eficiencia  Eficiencia del motor / Motor Efficiency  95% Eficiencia del punto de mejor eficiencia / BEP Efficiency  75% Flujo del punto de mejor eficiencia / BEP Flow  39.43 m3/min   Para todas las estrategias operacionales, PMP‐4 se encuentra encendida y PMP‐5 apagada en las condiciones  iniciales. El estado de las bombas (On / Off) podrá cambiar a largo de la simulación con respecto a los controles  de las bombas que vamos a configurar mas adelante.    Escenario 1: Controlado con Almacenamiento     Las bombas se controlan mediante los niveles del Tanque:  Bomba  ON if T‐1 HGL is   PMP‐4  106.68  109.42  PMP‐5  105.16  108.20    Escenario 2: Velocidad constante/Sin tanque    PMP‐4 está siempre activa. PMP‐5 se activa cuando el caudal en P‐18 es mayor a 39.43 m3/min; sino PMP‐5  está desactivada. T‐1 y P‐16 están inactivos para este escenario.    Escenario 3: Velocidad variable/Sin Tanque    PMP‐4 es una bomba de velocidad variable, la cual se encuentra siempre encendida para mantener una cabeza  objetivo de 115.82 m en J‐1. La velocidad máxima relativa es 1.0. Los controles en PMP‐5 son los mismos que  los indicados en Escenario. De nuevo, T‐1 y P‐16 se encuentran inactivos para este escenario.                                   

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Ingreso Patrones de demanda    Usted utilizará un archivo de WaterCAD/GEMS existente de nombre SimulacionEPS.wtg. Este archivo incluye el  diseño  básico  de  la  red,  un  escenario  base  físico  para  el  cual  las  características  de  demandas  en  los  nodos,  elevaciones,  características  de  tuberías,  características  de  bombas  y  elevaciones  de  tanques  ya  han  sido  ingresadas.    Comencemos ingresando los patrones de demanda diurna. Vaya al menú Components y seleccione Patterns....  Si Usted lo desea puede agregar el conjunto de botones  en su barra de herramientas a través  de la opción Toolbars del menú View. Este conjunto de botones aparecerá de la siguiente manera:            

Con  la  categoría  de  patrones  hidráulicos  (Hydraulic)  resaltada,  haga     click en el botón New    Esta acción le presentará la  pantalla  de  ingreso  de  patrones de demandas.     Nombre  el  nuevo  patrón  como  “Diurno”,  usando  [F2]  o  mediante  el  botón  Rename.    Como  tiempo  de  inicio  (Start  Time)  escogeremos  las  12:00  AM  con  un  multiplicador  de  arranque  (Starting Multiplier) de 0.8.     Seleccione  la  opción  para  patrón  (Pattern  Format)  como  Continuo  (Continuous)  y  complete  la  tabla  inferior  con  los  datos  del  patrón  tal  como  se  indica en la figura.    Una vez termine cierre este  cuadro de dialogo.   

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Ahora  asignaremos  el  patrón  de  demanda  diurna  a  cada  uno  de  los  nodos,  usando  el  centro  de  control  de  demandas (Demand Control Center). Para esto podemos hacer click en el botón  menú principal Tools.    Como puede observar a este modelo  previamente  se  le  han  agregado  las  demandas  base  (2.629  m3/min)  en  alguno nodos.    Ahora  asignaremos  el  patrón  de  demanda “Diurno”, en cada unos de  los nodos.     Para  esto  haga  click  derecho  en  la  columna  Demand  Pattern  y  seleccione  Global  Edit.  En  el  siguiente  cuadro  de  dialogo  seleccione  el  operador  Set  y  como  valor el patrón Diurno.         

 o buscar la opción en el 

                                   

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Eficiencia de las bombas    Definiremos en este paso la curva de eficiencia para cada una de las bombas del sistema. Note como el nuevo  Administrador  de  Definiciones  de  Bombas  le  ahorrará  mucho  tiempo  en  sistemas  de  gran  envergadura.  También  le  facilita  la  modelación  de  distintas  alternativas  de  bombas  para  elegir  la  marca  o  el  modelo  que  mejor se adecue a su sistema.    Seleccione  desde  el  menú  desplegable  principal  Components  /  Pump  Definitions…  o  si  ha  personalizado  su  barra de herramientas haciendo click en el botón 

. 

    Dentro del Administrador de Definiciones de Bombas, seleccione Bomba A. Observe que esta bomba ya tiene  cargados los datos de curva característica. Haga Click en la etiqueta Efficiency.     Seleccione del menú desplegable Pump Efficiency la opción Best Efficency Point.    Luego  ingrese  los  valores  correspondientes  a  Flujo  del  punto  de  mejor  eficiencia  (BEP  Flow)  y  Eficiencia  del  punto de mejor eficiencia (BEP Efficiency).   BEP Flow: 39.431 m3/min   BEP Efficiency: 75% 

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  Finalmente  haga  clic  en  la  etiqueta  Motor  y  configure  el  parámetro  Eficiencia  del  motor  (Motor  Efficiency)  como 95%.  Posteriormente  pasará  a  elegir  la  nueva  definición  de  bomba  en  cada  una  de  las  bombas disponibles.    Haga click sobre la bomba PMP‐4, y diríjase  a la ventana de propiedades.     En el menú desplegable Pump Definition, de  la  categoría    seleccione  “Bomba  A”.    La  ventana  debería  verse  como  la  figura  de  la derecha.    Haga  ahora  click  en  el  elemento  PMP‐5  y  repita el mismo procedimiento asignando la  definición Bomba A. 

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Condiciones Iniciales    Para todos los escenarios PMP‐4 se encuentra inicialmente encendida y PMP‐5 inicialmente apagada.    Para indicar esto en forma consistente en el escenario Base y en todos los demás escenarios creados a partir de  dicho escenario, vaya a FlexTables en el menú principal y seleccione Pump Table.     En la columna Initial Status (Estado Inicial Bomba) cambie el estado de la bomba PMP‐5 a OFF. Si en su tabla no  aparece la columna Status, haga click en el botón Edit para agregar este campo.   

    Preste  atención  al  entrar  los  datos  en  esta  tabla  con  respecto  al  orden  de  filas  en  que  aparecen  las  bombas  pues pueden cometerse errores de esta forma.    Habiendo configurado las bombas, pasaremos ahora configurar los controles lógicos del sistema previo a la  simulación cada uno de los escenarios.   

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Configuración de controles lógicos  En este escenario utilizaremos los  niveles del tanque  para regular el funcionamiento de las bombas.  De esta  manera,  evitaremos  el  funcionamiento  de  las  mismas  cuando  este  no  sea  requerido  y  el  almacenamiento  innecesario de agua. Esto nos permitirá ahorrar energía y obtener una eficiente utilización del sistema.  Los controles a utilizar son controles lógicos, un poco más complejos que los simples dado que nos permiten  realizar más acciones en un solo control y especificar prioridades de los mismos.     Bomba  ON if T‐1 HGL is   PMP‐4  106.68  109.42  PMP‐5  105.16  108.20    Todos  los  controles  se  configurarán  desde  el  menú  Components/Controls...  En  esta  ventana  usted  podrá  indicar  los  controles  directamente  o  construirlos  individualmente  mediante  condiciones  y  acciones  y  luego  combinarlos. En este problema, primero crearemos todas las condiciones y acciones para luego configurar los  controles del escenario.  En el diálogo Controls, seleccione la pestaña Conditions. A continuación haga click en el botón New   

Para la primera condición, indicaremos los siguientes valores:    © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Condition Type: Element  Element:  T‐1  (Para  indicar  el  elemento  debe  hacer  click  en  botón  ellipsis   y  seleccionar  directamente  el  Tanque 1).  Tank Attribute: Hydraulic Grade  Operator: >  Hydraulic Grade: 109.42 m    Esto creará una condición, la primera condición: T‐1 Hydraulic Grade> 109.42 m   

    Haga de nuevo click en el botón New y continúe añadiendo las 3 condiciones de control que faltan de la misma  forma como acabamos de hacerlo para la primera condición.    La siguiente tabla indica las condiciones que se deben ingresar al sistema:    Bomba  ON if T‐1 HGL is   PMP‐4  106.68 m  109.42 m  PMP‐5  105.16 m  108.20 m      Una  vez  haya  terminado  este  proceso,  la  pestaña  Conditions  en  la  ventana  Controls  se  debe  ver  como  se  muestra a continuación con 4 distintas condiciones:   

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  Asegúrese de verificar bien los valores y su descripción pues puede encontrar errores en sus condiciones.    Posterior a la configuración de las condiciones, hay 4 acciones que debe crear en la pestaña Actions. Estas son:     Encender PMP‐4   Apagar PMP‐4   Encender PMP‐5   Apagar PMP‐5   

 

Para  crear  la  primera  acción  seleccione  el  botón  New    ,  seleccione  Simple  e  ingrese  uno  a  uno  los  parámetros Element, Pump Attribute (seleccionando “Pump Status”), y los valores On / Off como Pump Status  adecuadamente.     Una vez haya creado las 4 acciones, la ventana Controls debe indicar las mismas de la siguiente manera:           

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      Ahora,  las  condiciones  y  acciones  deben  ser  combinadas  para  la  creación  y  configuración  de  los  controles  seleccione la pestaña Controls y el botón New  .    A  continuación  usted  vera  que  se  despliegan  en  la  parte  inferior  las  opciones  de  configuración  donde  el  operador  solicita una condición mientras los operadores  o  piden que se seleccione una las  acciones creadas.    De tal manera, construya el primer control de la siguiente manera:    IF Condition:   T‐1 Hydraulic Grade > 109.42 m  THEN Action:   PMP‐4 Status = Off    En este caso no haremos uso de la opción ELSE (Si no), que bien puede ser usada para agregar complejidad a  los controles.    Nota: El campo prioridades (Priority), es comúnmente usado en modelos que cuentan con múltiples controles  y es posible que estos pueden entrar en conflicto con las condiciones creadas y sea necesario definir que un  control prevalezca sobre el otro. El Rango de prioridades es de 1 – 5, siendo 5 la mayor prioridad. En este caso  no haremos uso de prioridades.    El estado del cuadro de dialogo con la creación de este primer control se indica en la siguiente figura:   

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    Haga nuevamente click en el botón New y repita estos pasos para agregar otros 3 controles involucrando las  condiciones en los tanques, tal como se muestra a continuación:    IF (T‐1 HG > 108.20 m) THEN (PMP‐5 Status = Off)  IF (T‐1 HG   Discharge: 39.43 m3/min    La ventana deberá reflejar esta nueva condición de la siguiente manera:   

    Nota: Dado que usted ya ha creado las Acciones (PMP‐5 = On) y (PMP‐5 = Off), no es necesario que las vuelva a  crear.     © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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De tal manera, diríjase directamente a la pestaña Controls y agregue el siguiente control:   IF (P‐18 Flow > 39.43) THEN (PMP‐5 Status = On) ELSE (PMP‐5 Status = Off) 

  Ahora seleccione la  etiqueta Control Set,  y haga click en el  botón New.     Nombre el nuevo set  “Bomba 5  controlada por  Conducción”.     En esta agrupación  solo agregaremos el  control recién  creado.   

 

Importante: Verifique en este momento que su escenario activo sea No Tanque  Cierre  este  cuadro  de  dialogo.  Ahora,  cree  una  nueva  alternativa  que  contenga  el  control  creado  que  hacer  parte del Set “Bomba 5 controlada por Conducción”. Para esto vaya a Analysis/Alternatives… y en la ventana  de propiedades seleccione Operational Alternative.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Haga click en el botón New   y cree una nueva alternativa que se  denominara: “Control sin Tanque”.    Haga doble click con su Mouse en la Alternativa Control Sin Tanque, y  en  el  cuadro  de  dialogo  Operational  Alternative,  seleccione  el  Set  Bomba 5 controlada por Conducción.  

  Abra  al  cuadro  de  dialogo  de  escenarios,  seleccionando el escenario NO Tanque.    En  la  ventana  propiedades,  diríjase  a  la  categoría    y  para  la  alternativa  operacional  (Operational  Alternative)  a  traves  del  menú  desplegable elija Control Sin Tanque.    Para  este  nuevo  escenario  observamos  que  tanto  la  “Topologia  Activa”  como  la  “Alternativa  Operacional” son alternativas propias, mientras la  demás son heredadas del padre.    Finalmente  ejecutaremos  la  simulación  del  escenario  NO  Tanque  haciendo  click  en  el  botón    Compute.    El  cuadro  de  reporte  con  el  resumen  de  cálculo  aparecerá a continuación.   

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    Cierre este diálogo. Para visualizar los gráficos con la evolución temporal de presión, nuevamente  en los nodos  J‐1, J‐3 y J‐9 repita el procedimiento anteriormente indicado, seleccionando el atributo Pressure.    Nota: Recuerde como método alternativo para generación de gráficas, sin tener que usar el cuadro de dialogo  “Graphs” que seleccionando los elementos simultáneamente puede hacer click derecho en su Mouse, y en la  ventana que aparece seleccionar la opción Graphs.    Habiendo configurado la gráfica correctamente, la evolución temporal de la presión en estos nodos y el grafico  de caudal de la Bomba PMP‐4, deben visualizarse de la siguiente manera:  

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  Compare sus resultados con la tabla al final de este ejercicio.    © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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Escenario 3: Bomba de Velocidad Variable sin Tanque    En  este  escenario  apuntamos  a  optimizar  aún  más  la  operación  del  sistema,  en  este  caso  reemplazando  la  configuración  original  de  la  bomba  PMP‐4  por  una  bomba  de  velocidad  variable.  El  consumo  de  esta  bomba  será regulado de acuerdo a la operación del sistema, con lo que hará un uso más eficiente de la energía.      El escenario de bomba con velocidad variable utilizará la misma alternativa topológica y los mismos controles  lógicos  que  el  escenario  de  bomba  de  velocidad  constante,  de  manera  que  será  creado  como  un  escenario  derivado del anterior. El único cambio entre ambas simulaciones será que la bomba principal, PMP‐4 es ahora  una bomba de velocidad variable (VSP).    Primero debemos crear una nueva alternativa física llamada Velocidad Variable donde PMP‐4 es una bomba de  velocidad variable.    Abra  el  cuadro  de  dialogo  Alternatives  en  el  menú  principal     Análisis, o simplemente haga click en el botón.    Seleccionando  la  alternativa  física  (Base‐Physical),  cree  una  alternativa  “Hijo”  de  esta  y  renombre  la  misma  como  “Bomba  de  Velocidad Variable”.     Haga  doble‐click  en  esta  nueva  alternativa,  y  en  la  ventana  que  aparece seleccione la pestaña Pumps.    En la tabla active la opción Is Variable Speed Pump? para PMP‐4 y  bajo la columna VSP Type, cambie la bomba a Fixed Head.    En  cuanto  a  la  consigna  de  presión,  defina  el  Hydraulic  Grade  (Target) como 115.82 m e identifique el Control Node como el J‐1.   La tabla debe aparecer de la siguiente manera:     

 

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Ahora cierre este cuadro de dialogo para la alternativa física creada y diríjase al administrador de escenarios  (Menú Analysis/Scenarios).    Cree  un  escenario  hijo  (Child  Scenario)  de  “NO  Tanque”  denominado  “NO  Tanque  con  Bombeo  a  Velocidad Variable”.     Haga de este escenario el activo hagciendo click en    el boton.      Ahora  haga  Click  en  el  escenario  y  diríjase  a  la  ventana  de  propiedades  del  mismo.  Cambie  la  alternativa física a “Bomba de Velocidad Variable” y  cierre el diálogo.     Finalmente  ejecutaremos  la  simulación  de  este  escenario  con  Bombeo  a  velocidad  variable  haciendo click en el botón Compute. 

 

             

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Para obtener una visual de cómo la operación de la bomba afecta la presión, dibuje la presión en el nodo J‐1 y  J‐3 para los tres escenarios en el mismo gráfico y compare sus resultados con la tabla del final.    Para  hacer  esto,  el  procedimiento  es  seleccionar  los  nodos  en  cuestión  y  hacer  click  derecho  en  el  Mouse  seleccionando Graphs.  En las opciones del grafico, deberá seleccionar los tres escenarios que hemos creado y  el atributo a graficar será la carga de presión resultante (Pressure Head).   

    Haga click en Close para visualizar el grafico resultante.    Nota: Si en su grafico solo aparecen las líneas de presión para el ultimo escenario ejecutado, puede regresar al  administrador de escenarios y seleccionar la simulación conjunta Batch Run.                            © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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    Es posible que su grafico no luzca exactamente igual a este presentado.    Trate de recorrer las opciones de personalización de gráficos que ofrece la opción Chart Settings identificada  por el botón.     Allí  Usted  podrá  modificar  el  orden  de  las  series  y  su  color,  los  títulos,  el  formato  de  los  ejes  cartesianos,  colores de fondo, etc.           

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Costo de Energía    Habiendo realizado las simulaciones hidráulicas, calcularemos el costo de energía resultante por consumo de  las bombas para cada escenario.   Seleccione  Analysis/Energy  Costs…  del  menú  principal  o  haga  click  en  el  botón  herramientas. 

 de  su  barra  de 

En la nueva ventana, seleccione en la parte superior el botón Energy Pricing   y modifique la estructura de  tarifaria existente “Energy Pricing – 1”. Inserte un  precio constante  de  energía de $0.10/KWh durante las 24  horas sin incluir recargo por demanda pico (Peak Demand Charge).   

      NOTA: En este caso y por razones de simplicidad, vamos a usar un precio de energía constante. Sin embargo  observe que usted puede ingresar un patrón de cobro variable a través del día que refleja esquemas tarifarios  muy comunes para muchas empresas de energía.  © 20 1 4  BENTLEY SYSTEMS de México, SA de CV  Insurgentes Sur #1106, piso 7 – México, D. F.  Internet: www.bentley.com.mx  Teléfono: +52 (55) 5488‐5420

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  De  igual  forma  observe  que  existe  la  opcion  Peak  Demand  Charge  donde  usted  podría  ingresar  tarifas  especiales por consumo de energía en horas de demanda pico, lo cual también es bastante común.    Haga Click en Close hasta volver al diálogo de costo de energía.  Seleccione el escenario “Controlado con Almacenamiento” y haga click en el botón compute.   

  

  Observe el costo por uso de la bomba y el costo diario total y compárelos con los resultados de la tabla al final.       

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Ahora señale PMP‐ 4 en el panel  izquierdo.       

  Seleccione  la  pestaña  Graph  y  del  menú  deplegable  elija  Wire  to  Water  Efficiency. Revise el  gráfico.     Registre  el  rango  de  valores  en  la  tabla  de  resultados.     Anote  los  valores   (no  registre  resultados  cuando  la  bomba  se  encuentra  desactivada).   

  Importante:  Realice  el  cálculo  de  energía  para  los  otros  dos  escenarios,  repita  estos  gráficos  y  compare  sus  resultados con la tabla del final.     

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Extra    Si  ha  completado  la  tabla  de  resultados  y  las  preguntas,  pruebe  la  definición  de  una  codificación  por  color  (Color Coding) en las tuberías de acuerdo a su caudal y etiquetando los nodos de acuerdo a las presiones.     Luego, anime el modelo para observar cómo cambian los resultados a lo largo del tiempo. Cuando se encuentre  creando  Annotations,  indique  convenientemente  los  sufijos  y  multiplicadores  de  texto  de  manera  que  el  gráfico no se vea congestionado.    Como  ejercicio  adicional,  cree  contornos  de  presiones  y  anime  el  modelo.  Cuando  crea  los  contornos  de  acuerdo a la presión en Kpa, utilice rangos propios del sistema para una visualización adecuada.     Pista:  Cree una selección  para eliminar todos los elementos que se encuentran en el  punto de succión de  la  bomba (incluyendo la bomba) y elimine el tanque y la tubería de conexión al mismo.       

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Resultados    Por favor utilice gráficos y tablas de datos para completar los resultados con valores aproximados.    Controlado con Tanque 

Atributo 

No Tanque Velocidad Constante 

No Tanque  Velocidad Variable 

J‐1, (Kpa) 

Presión Max Presión Min 

 

 

 

 

 

 

J‐3, (Kpa) 

Presión Max Presión Min 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eficiencia  (%)  Max W‐to‐W  PMP‐4  Min W‐to‐W Carga PMP – 4 

Máxima (m)  Mínima (m) 

Costo Diario Energía 

 

   

Discusión      1.                 2.                 3.

En la simulación de control de Tanque, por qué la presión varía más en J‐1 que en J‐3? 

En la simulación de bomba de velocidad variable, por qué la presión varía más en J‐3 que en J‐1? 

Cuál  es  el  número  de  arranques  de  la  bomba  durante  el  día  para  el  escenario  con  el  tanque?  Es  este  número excesivo? 

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4.                 5.                 6.                 7.    

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Cree que las bombas tienen capacidad suficiente para esta aplicación? 

Qué escenario presenta los menores costos de energía? Cuál cree usted que  tendrá  el mínimo costo  de  ciclo de vida? 

Por qué la energía utilizada en el caso de No Tanque Velocidad Constante es la mayor? Qué es lo que hace  que los otros escenarios tengan menores costos? 

Cuál fue el rango de velocidades relativas para la bomba de velocidad variable? 

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Diseño Optimizado de un Red

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Dimensionamiento y Herramientas de Diseño Optimizado  Objetivo General  En este taller, el modelador contará con un modelo elaborado previamente en el cual ya se encuentran  planeadas obras viales y el trazado de las líneas de distribución que abastecerán un polígono industrial  proyectado en estos terrenos que se conectará a una línea matriz de distribución ya existente.    En este caso hemos usado una fotografía aérea de Google Earth que nos permite conocer el terreno en una  zona no urbanizada sobre la que se implantará el polígono industrial.    El punto de partida de su trabajo será el archivo Diseño Optimizado.WTG que tiene ya parte de los datos  ingresados. Usted deberá redimensionar una parte del sistema basado en un conjunto de criterios y  restricciones que se le darán. Durante el proceso, deberá ingresar las demandas en los nodos y los diámetros  de algunas tuberías, y comparar los costos de las nuevas tuberías a medida que realice los cambios.    IMPORTANTE: WaterCAD/GEMS soporta gran cantidad de formatos de fondo (DXF, SHP, BMP, JPG, etc.). De  otra parte la integración de MicroStation con Google Earth le permitirá fácilmente integrar sus proyectos con  las imágenes aéreas de esta aplicación mundialmente reconocida.   

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá ser capaz de realizar en WaterCAD/GEMS:   Configurar escenarios y alternativas basado en diferentes condiciones de demanda 

                                 



Rediseñar manualmente un Modelo 



Evaluar el cumplimiento de las restricciones hidráulicas 



Valorar los costos de su diseño 



Usar Darwin Designer para la estimación de costos y para encontrar una solución óptima  (Demostración) 

Diseño Optimizado de un Red

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 Descripción del problema  El parque industrial de la figura, se alimenta por una tubería de transmisión de 1200 mm (tuberías P‐29 y P‐30),  la cual se alimenta de un reservorio en el nodo R‐3, con una cota de superficie libre del agua de 296 m que  representa un punto de conexión a un sistema existente.   

El punto de conexión (R‐3) alimenta las áreas residenciales o urbanas ya existentes en los nodos J‐17 (por una  tubería de 600 mm, P‐28) y J‐18 (por una tubería de 900 mm, P‐32).  Entiéndase que aguas abajo de los nodos  J‐17 y J‐18 existen clientes con consumos que son totalizados en J‐17 y J‐18.   En consecuencia, para este nuevo sector de la ciudad (Polígono Industrial) que se planea desarrollar ya  existen las tuberías principales de transmisión de 1200 mm y , 900 mm (P‐29, P‐30, P‐31, P‐32).  De otra parte, la Empresa gestora del abastecimiento no desea añadir múltiples conexiones en la línea de  transmisión principal, para cada uno de los bloques industriales (A, B, C, D, etc.). Solamente se ha autorizado  utilizar los nodos J‐1 y J‐8 para alimentar la totalidad del polígono industrial.   Inicialmente, todas las tuberías diferentes de las mencionadas arriba y que son las que el ingeniero debe  dimensionar han sido predefinidas con un diámetro de 150 mm y en Hierro Dúctil (C = 130).     OBJETIVO: Dimensionar las tuberías en el parque industrial (excluyendo líneas existentes) para que cumplan  con las siguientes restricciones de presión:       

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Presiones Objetivo en m H2O:  Escenario de demanda Sin incendio (Día Promedio) Día máximo + Incendio en J‐14

MIN 24.6 14.0

MAX  56.2  56.2 

  Velocidades Objetivo en m/s (criterio solo aplicable a escenario Día Máximo + Incendio en J‐14):  Escenario de demanda Día máximo + Incendio en J‐14

MIN 0.25 m/s

MAX  4.50 m/s 

 

  Proceso de Insertar una Imagen Aérea como fondo (Background)  Para  insertar  la  foto  en  el  modelo,  diríjase  (si  está  activa)  a  la  ventana  Background  Layers  o  acceda  a  ella  a  través  del  Menú  View/Background  Layers.  Haga  Click  en  el  botón  Nuevo  e  inserte  el  archivo  Polígono  Industrial.JPEG  que encontrará en su directorio de archivos de inicio, Las propiedades de la fotografía deben  ser las siguientes:   

 

 

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Datos de demanda  La tabla siguiente representa ordenadamente la asignación de demandas correspondientes a cada situación de  estudio (día promedio, día máximo, y hora pico).   Las primeras dos columnas de la tabla representan a cada una de las unidades habitacionales con su  respectiva demanda promedio.   La sección NODOS relaciona cada uno de los nodos con su respectiva unidad habitacional y especifica la  demanda promedio correspondiente con el mismo. (Ej: El usuario E posee una demanda promedio de  6.3 l/s y está alimentada por el NODO 13). Algunos nodos alimentan a más de una unidad.   Finalmente, se presentan líneas inferiores en las cuales se indican los valores de demanda para cada  situación  de  estudio:  Día  Promedio  (valor  nominal),  Día  Máximo  (Valor  nominal  x  1.5),  y  Hora  Pico  (Valor nominal x 2.5)   El escenario de incendio en J‐14 considera un caudal de incendio de 160 l/s.  Caudales en (l/s) 

 

 

Pistas:  Tómese su tiempo en entender esta tabla dado que es fundamental para el ingreso correcto de demandas en el  modelo  Observe que, excepto para los nodos 17 y 18, las demandas de día máximo y hora pico han sido calculadas con  factores de mayoración de 1.5 y 2.5, lo que le permitiría usar Global Edit para ingresar más ágilmente los datos  de las alternativas de Día Máximo y Hora Máxima.  ACLARACION: La Tubería P‐29, que conecta al reservorio con la línea de transmisión principal, no está dibujada  a escala (User Defined Lenght). Todas las otras tuberías tienen longitudes a escala de dibujo.       

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Creación de Alternativas de Demanda (Guía)   

En esta sección, el ingeniero creará las tres alternativas de demandas descriptas en la tabla anterior, que le  permitirán a su vez crear los escenarios correspondientes.  Le recomendamos discutir con su compañero de trabajo el esquema de creación de alternativas más  conveniente y luego compararlo con las instrucciones. Esto es una buena manera de afianzar conocimientos y  de evaluar los conceptos aprendidos hasta ahora.    1. Como  primera  medida  vamos  a  renombrar  el  escenario  existe  (Base)  con  el  nombre  “Datos  Originales – Consumo Promedio”.  2. Para este escenario, verificamos en las opciones  de  cálculo  Base  para  régimen  permanente  (Steady  State/EPS  Solver),  que  se  trata  de  un  cálculo hidráulico básico (Hydraulics Only) y que  el tipo de análisis es en Estado Estático.   3. Cree  una  primera  alternativa  denominada  “Día  Promedio”  modificando/renombrando  la  Alternativa existente “Base Average‐Daily”.         

               

 

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4. Para asignar las demandas de este  escenario,  iremos  al  Centro  de  Control  de  Demandas  (Demand  Control Center), que se encuentra  como  opción  en  el  menú  Tools  o  simplemente  haga  click  en  el  botón. 

  

5. Para  ingresar  los  valores  de  demanda  en  el  botón  New,  seleccione  Initialize  Demands  for  All Elements  6. Asegúrese  de  ordenar  la  tabla  y  que  las  unidades  están  en  litros  por  segundo.  Haciendo  click  derecho  en  la  columna  de  demanda  (Base  Flow)  y  seleccionando  Units  and  Formatting…  7. Finalmente  introduzca  los  valores  de  demanda  dados  tal  y  como  lo  indica la figura. 

8. Repita  los  pasos  anteriores  (3  –  7)  creando  dos  alternativas  más  que  representen  las  situaciones  de  Día  Máximo y Hora Pico. Indicaremos paso a  paso la creación de la alternativa Día Máximo.  9. Teniendo  la  Alternativa  Día  Promedio  seleccionada, haga click derecho y seleccione  Child  Alternative,  para  crear  una  crear  una  nueva  alternativa hijo con el nombre “Día Máximo”.   10. Haga  doble  click  en  esta  alternativa  y  modifique  manualmente los valores de demandas para los 19  nodos de consumo.  11. Repita  los  mismos  pasos  anteriores  para  crear  la  demanda Hora Pico. Utilice siempre Día Promedio  como la Alternativa de Demanda padre   

 

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12. Una vez que haya ingresado todas las alternativas  de  demanda,  creará  una  nueva  alternativa  para  que denominara “Día Máximo + Incendio en J‐14”  bajo la alternativa “Día Máximo”.   13. Recuerde  que  el  incendio  se  produce  durante  el  Día Máximo, por lo que es conveniente utilizar esta  alternativa de demanda como alternativa padre.  En este caso solo modifique la demanda en J‐14  asignado en dicho nodo un caudal de 160 l/s.             

Datos de Costos Directos Asociados  Antes de comenzar a crear los escenarios y a dimensionar las tuberías, se suministra a continuación la función  de costos directos que se asociará posteriormente en el diseño optimizado para las tuberías de Fundición Dúctil  (HD) de este modelo  Estos mismos valores harán parte de los datos requeridos para la optimización usando el módulo Darwin  Designer, que hace uso de algoritmos genéticos. 

                 

 

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PRIMERA PARTE: Bases para el Diseño Manual de la Red  Ahora queda el modelador liberado a su criterio técnico para crear las alternativas y escenarios y dimensionar  las tuberías. Este proceso puede ser realizado de varias maneras; en la figura inferior observará un esquema de  escenarios y alternativas propuestos pero de ninguna manera es un modelo único a seguir.   Al final de este ejercicio encontrara una tabla adjunta para llevar un registro de los cambios realizados. En  nuestro caso específico el alumno debe anotar los resultados, pero recuerde que puede imprimir los reportes  originados por WaterCAD/GEMS V8i o exportar las FlexTables a Excel para llevar este mismo registro.   1. Asegúrese  de  crear  una  alternativa  física  con  cada  diseño  ensayado  y  un  escenario  para  cada  simulación  para  poder  evaluar  cómo  los  costos  cambian en cada simulación.  2. Recuerde al momento de combinar Escenarios y  Alternativas,  aplicar  las  restricciones  de  diseño  planteados en el objetivo de este taller. 

  Consejos Básicos:  ‐

Para comenzar le recomendamos asignar a todas las tuberías un diámetro de 200 mm, excepto para P‐1,  P‐2, P‐3, P‐4, P‐5, P‐6 y P‐7 donde puede ensayar 300 o 400 mm. 

‐

Utilice herramientas como Color Coding o Annotation para evaluar las presiones visualmente (Ver Figura  Abajo). 

‐

El mejor lugar para analizar los resultados de presión es el reporte tabular de nodos. Una vez su escenario  cumpla las restricciones exporte la tabla de tuberías y basado en la función costos de cada tubería totalice  el costo total del sistema propuesto. 

 

Aplicación de la herramienta Color Coding  Como una manera ágil de visualizar las presiones resultantes del modelo, vamos a hacer uso del nuevo  administrador de simbología de elementos.   3. Si  la  ventana  no  se  encuentra  activa,  diríjase  al  menú  principal  View/Element  Simbology  o  simplemente  haciendo click en el botón   

 de la barra de herramientas. 

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4. Expanda  la  categoría  Junctions  y  observe  que  ya  ha  sido  creada  una  anotación  (Label).  Teniendo  seleccionada  esta  categoría  haga  click  derecho  en  el  Mouse  y  seleccione  la  opción New/Color Coding.   

5. En el campo Field Name escoja el parámetro Pressure y haga click en el botón . En menú  desplegable  Options  de  la  sección  derecha,  escoja  “Color”.  Seguidamente  haga  click  en  el  botón  New  y  agregue en la tabla los rangos de presión que tienen interés en el diseño que realizamos.  6. Haga  click  en  primero  en  ,  luego  en    y  observe  las  ventajas  en  visualización  de  la  Red  que  ofrece esta convención por colores en nodos; especialmente para identificar los puntos críticos del sistema. 

       

 

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Pistas Básicas del procedimiento manual de diseño:  -

Cree  diferentes  alternativas  de  diámetros  por  cada  diseño  que  considere  pueda  satisfacer  las  restricciones  y combine cada alternativa con las tres alternativas de demanda para crear sus escenarios  de simulación. De esta manera, conservará su memoria de diseño  

-

Observe que se cumplan las restricciones de presión impuestas en el ejercicio en todos los nodos. Tan  importante es cumplir la restricción de presión mínima como la restricción de presión máxima. 

-

Si su primera alternativa de diámetros no cumple las restricciones, evalué en los reportes tabulares las  tuberías con mayor velocidad de flujo y/o la mayor pendiente/gradiente de fricción. 

-

Tan  pronto  obtenga  una  alternativa  de  diámetros  que  responda  a  las  restricciones  de  presión  bajo  los  esquemas de demanda “Día Máximo + Incendio en J‐14” y “Día Promedio” exporte el reporte tabular de  tuberías a una hoja de cálculo Excel. 

-

En Excel a partir de la función de costos directos para Hierro Dúctil, calcule el valor que tendría el nuevo  sistema (sin incluir las tuberías existentes) que Ud. propone. 

-

Llene  la  tabla  de  resultados  que  aparece  al  final  de  esta  hoja  para  cada  uno  de  los  escenarios  que  cumplan la totalidad de restricciones. 

  MOTIVACIÓN!  El grupo de estudiantes que obtenga el sistema de menor costo cumpliendo a las restricciones, será ganador de  un premio especial consistente en un Libro Técnico del Bentley Institute. No desaproveche la oportunidad.         

SEGUNDA PARTE: Diseño Optimizado usando Darwin Designer    A continuación el instructor del curso, presentará para este mismo modelo una demostración en clase del  diseño optimizado usando el Módulo Darwin Designer.   Preste atención a la metodología a seguir y compare los costos del diseño optimizado y automático usando A.G.  con su proyecto de diseño ejecutado mediante técnicas manuales.   

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Tabla de resultados    Tubería 

Esc. 1 

Esc. 2 

Esc. 3 

Esc. 5 

Esc. 6 

P‐1  P‐2  P‐3  P‐4  P‐5  P‐6  P‐7  P‐8  P‐9  P‐10  P‐11  P‐12  P‐13  P‐14  P‐15  P‐16  P‐17  P‐18  P‐19  P‐20 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

Diámetros

  

Demanda  Incendio en:  Q Incendio (l/s)  Presión mínima (mH2O)  En nodo:  Vel. Max. en Tubería:  Vel. Max. (m/s)  Costo total  Cumple? 

   

Esc. 4 

 

 

 

                 

                 

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Discusión    1. Explique por qué usted ha seleccionado las tuberías que finalmente eligió para cambiar el diámetro?            2. Es claro que el nodo J‐14 ha creado los mayores problemas al momento de cumplir la restricción de presión  mínima? ¿Cómo trató de resolver usted este problema?              3. Por qué las tuberías de 900 mm en la avenida perimetral no fueron seriamente consideradas en el proceso  de diseño? – ¿Fue correcto ignorarlas?               4. Con respecto a la solución generada por Darwin Designer, que objeciones o recomendaciones tendría para  hacer desde el punto de vista de una buena ingeniería?       

Renovación de Redes usando Pipe Renewal Planner

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Planeación y Análisis para Renovación de Redes     Objetivo General  En  este  ejercicio,  usted  calculará  valores  para  los  distintos  aspectos  que  se  desee  tener  en  cuenta  para  un  análisis de gestión de activos.  Luego usará la herramienta de planificación Pipe Renewal Planner para calcular  un puntaje para cada tubería en el sistema. Los aspectos a tener en cuenta en este análisis serán:  

Criticidad (Vulnerabilidad del sistema ante el fallo de la tubería)  



Capacidad de la tubería durante el flujo de incendios  



Registro de roturas de las tuberías 



Material de la tubería 

  Dentro del desarrollo del ejercicio se va a analizar cada aspecto por separado antes de hacer uso de la nueva  herramienta  Pipe  Renewal  Planner  que  a  través  de  un  análisis  multi‐criterio  (o  multi‐aspecto)  permitirá  la  calificación o el cálculo del puntaje en cada una de las tuberías que componen el sistema.     

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá tener la capacidad de:   Hacer un repaso del uso de las herramientas que alimentan el análisis para la planeación de renovación  de redes como son: Criticality Analysis, Pipe Break Analysis, Fire Flow Analysis, y de otros aspectos que  puedan ser importantes en el análisis de vulnerabilidad de un sistema.  

                                       

Estimar el valor de diferentes aspectos del estado de un sistema, y conocer como alimentar y usar la  herramienta  Pipe  Renewal  Planner,  para  calcular  el  puntaje  de  las  tuberías  en  el  sistema  y  con  ello  priorizar inversiones de rehabilitación y/o renovación.    

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Enunciado y Verificación de Datos  El  inicio  de  este  taller  requiere  de  la  revisión  de  los  datos  iniciales  y  de  la  pre‐configuración  con  la  que  ya  cuenta el modelo inicial. Posterior a esto se realizarán una serie de revisiones y evaluaciones que alimentarán  al  análisis  final  para  determinar  cuáles  son  las  tuberías  de  mayor  puntaje  al  momento  de  ejecutar  obras  de  renovación de redes. 

Apertura de Archivo Inicial y Revisión de Datos:  1. 2. 3.

Inicie  WaterGEMS  V8i  haciendo  clic  en  el  acceso  directo  del  programa  o  seleccionando  Inicio>Programas>Bentley> WaterGEMS V8i.  Vaya  la  menú  File>  Open  y  abra  el  archivo  llamado  EstudioPRP.WTG  que  se  encuentra  en  la  carpeta  talleres inicio provista por su instructor.  Su  modelo  cuya  codificación  por  color  de  tuberías  está  inicialmente  basada  en  los  diámetros  de  la  red  debe lucir de la siguiente manera: 

  Notas sobre el Sistema:  La Red en estudio es alimentada desde una estación de bombeo en el extremo Noreste y hay un tanque de  almacenamiento/provisión en el extremo Suroeste.   Este sistema ha evolucionado a lo largo de muchas décadas con diferentes materiales de tuberías asociados a  cada periodo. Las primeras tuberías fueron de hierro fundido. Durante la Segunda Guerra Mundial, se utilizó la  tubería de asbesto cemento. A partir de la década de 1950 se utilizó tubería de hierro dúctil, pero desde 1990 y  hasta la fecha, se ha utilizado tubería de PVC.  

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4.

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Vaya a la ventana de Element Simbology (si no  la  tiene  abierta  puede  acceder  a  ella  a  través  del menú View> Element Simbology).  Expanda  la  categoría  Pipe  y  desmarque  la  codificación existente Diameter. A continuación  marque  como  activa  la  codificación  por  color  basada en Material tal y como se indica.  La  red  en  cuestión  está  compuesta  por  cuatro  diferentes materiales: Asbesto‐Cemento, Hierro  Fundido (Cast Iron), Hierro Dúctil, y PVC.  En  consecuencia,  teniendo  en  cuenta  la  codificación  activa,  usted  debería  ver  la  figura  abajo: 

 

 

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Nota: Para entender el significado de los colores, puede insertar una leyenda en el área de dibujo simplemente  haciendo  click  derecho  sobre  una  codificación  por  color  específica.  Puesto  que  usted  estará  cambiando  la  codificación de color con frecuencia en este taller, simplemente dentro de la ventana Element Simbology haga  doble click sobre la palabra Material para ver la configuración de esta codificación por color en específico. 

8. 9.

  Revise según los colores definidos la distribución de los tipos de materiales en esta red, observando la  predominancia del Hierro Dúctil, aunque hay fracciones importantes de la red en los otros materiales.  Si  desea  ver  un  inventario  (a  manera  informativa)  de  las  longitudes  de  tuberías  por  material  y  por  diámetro puede ir al menú Report> Pressure Pipe Inventory, donde podrá observar el siguiente reporte: 

  10. Antes de iniciar análisis complementarios, guarde su archivo (Menú File> Save As) con un nombre como  EstudioPRP_[Sus Iniciales].WTG.   

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Análisis Preliminares  El análisis de renovación de redes es un análisis basado en diferentes criterios o aspectos. En consecuencia uno  de los primeros pasos es el análisis para la identificación de segmentos críticos (Criticality Analyisis) para el  sistema o red en estudio. 

Análisis de Criticidad  1.

Inicie el análisis de segmentos críticos a través del menú principal Analysis > Criticality o presionando el 

2.

botón   respective en la barra de herramientas superior.  Esta ventana de diálogo de este tipo de análisis se abrirá. Si no se muestra el nombre del escenario en el  panel izquierdo, seleccione el botón New 

y seleccione el escenario Base. 

 

  Nota: Tenga en cuenta que los segmentos (parcelas aislables) están basados en la ubicación de las válvulas del  modelo  (no  sólo  en  las  tuberías).  Este  modelo  sólo  contiene  válvulas  de  aislamiento.  Todas  las  válvulas  se  consideran operativas, sin embargo existe la posibilidad de usar la opción "Valve Overrides", es decir si alguna  válvula existente se ha roto o se encuentra inutilizable permaneciendo abierta pero sin posibilidad de cerrarse.   

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3.

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Resalte el escenario llamado "Base" en el panel izquierdo. En el panel derecho, bajo la pestaña Extensión  de la Segmentación (Segmentation Scope), seleccione del menú desplegable Scope Type la opción Entire  Network (Toda la Red).  

  4. 5.

Para  ejecutar  el  cálculo,  seleccione  el  botón  Compute  en  la  parte  superior  izquierda  del  cuadro  de  diálogo.   Haga click en Yes si recibe una pregunta sobre la actualización de la localización y referenciación de las  válvulas. Al terminar el proceso, obtendrá los resultados que listan los segmentos de distribución y sus  propiedades. 

 

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6.

7.

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Para  ver  estos  segmentos  en  el  dibujo,  seleccione  el  botón  de  resaltado  de  segmentos   (Highlight  Segments)  en  la  parte  superior  del  panel  central.  A  continuación,  minimice  (sin  cerrar)  la  ventana  de  segmentación. 

  Vuelva  a  abrir  el  diálogo  de  análisis  de  segmentos  críticos;  seleccione  ahora  la  opción  Criticality  en  el  panel izquierdo. Marque la casilla "Run Hydraulic Engine?" en la parte superior del panel de la derecha  para  indicar  que  los  resultados  sean  basados  en  el  análisis/cálculo  hidráulico,  y  no  sólo  en  la  conectividad. 

  8.  

Para ejecutar el cálculo de déficit de suministro (System Shortfall), seleccione el botón Compute  la parte superior del panel de la izquierda. 

 en 

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9.

Los resultados en la tabla superior del panel derecho muestran el déficit o caída en el suminstro de la  demanda si ese segmento estuviera fuera de servicio.   10. Es importante observar cual es el peor de los segmentos en términos de caída en la demanda. Para esto  haga  click  derecho  sobre  la  parte  superior  de  la  columna  Déficit  en  la  Demanda  del  sistema  titulada  [System  Demand  Shortfall  (%)]  en  el  menú  emergente  seleccione  Sort/Sort  Descending  para  listar  primero los segmentos más críticos. 

 

  11. Según el listado previamente ordenado, el Segmento ‐ 16 presenta la más grande caída en la demanda  del sistema  seguido del Segmento‐46; ambos por encima del 20%.  12. Seleccione  Segment‐16  en  el  panel  intermedio  y  haga  zoom  en  el  dibujo  haciendo  click  en  el    botón  Zoom to Segment   (segundo botón) en la parte superior de dicho panel. Ese segmento será resaltado  en el dibujo.  13. Minimice  (sin  cerrar)  la  ventana  Criticality  Analysis  para  ver  el  segmento  es  cuestión  analizando  la  localización de las válvulas de aislamiento 

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  Nota: Tenga en cuenta que si una tubería está parcialmente cerrada, toda la tubería será resaltada.     14. Vuelva a abrir el cuadro de diálogo de criticidad, analice si es posible (haciendo zoom sobre los mismos)  otros segmentos críticos del sistema. Finalmente cierre esta ventana.  15. Ahora ya tiene los resultados de Análisis de Segmentos Críticos, los cuales junto con otros criterios serán  necesarios  para  la  gestión  de  activos  y  planeación  de  renovación  de  redes  a  través  de  Pipe  Renewal  Planner.                 

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Capacidad de la tubería ante Eventos o Flujos de Incendio    A continuación, vamos a ver si el sistema tiene suficiente capacidad hidráulica para atender eventuales flujo de  incendios. Esto es posible a través del Fire Flow Analysis disponible en WaterCAD/GEMS.  16. Creará ahora ejecutar un escenario en el cual se  calcularán los flujos de incendio para cada nodo.  17. Para esto vaya al menú Analysis > Scenario y en  del  administrador  de  escenarios  y  expanda  las  ramificaciones de escenarios observando que ya  existe un escenario de flujo de incendios.  

  18. Haga  doble  click  en  ese  escenario  y  observe  las  alternativas  asociadas  al  mismo  (ver  figura  a  la  derecha).   19. Revise  que  la  opción  de  cálculo  (Calculation  Options/Steady  State/EPS  Solver)  para  régimen  permanente  sea    "Fire  Flow",  que  es  aquella  en  la  que  ya  se  ha  especificado  que  el  tipo  de  análisis  numérico  a  utilizar  sea  análisis  de  flujos  de incendio.  20. Haga que el escenario Fire Flow sea el escenario  activo, ya sea oprimiendo el botón Make Current   ó  escogiendo  el  escenario  Fire  Flow  de  la  lista  desplegable  de  escenarios  en  la  parte  superior de la barra de herramientas.  21. A  continuación  revisaremos  la  configuración  de  la  alternativa de Flujos de Incendio para este escenario.  22. Para esto abra el administrador de alternativas a través  del menú Analysis> Alternative.  23.  Expanda  la  categoría  Fire  Flow,  donde  encontrará  la  alternativa  Base  Fire  Flow  Alternative  tal  y  como  se  indica  a  la  derecha  y  haga  doble  click  sobre  la  misma  para ver el cuadro de diálogo con la configuración de la  alternativa.   

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  Nota: Observe que el rango entre el Límite superior (Fire Flow (Upper Limit)) y Caudal Necesario (Fire Flow  (Needed)) para flujos de incendio es muy pequeño porque se desea determinar las velocidades de flujo cerca  del nodo donde se está evaluando el incendio. La presión residual que se requiere es 140 kPa (Aprox. 20 psi).  Lo más importante para Pipe Renewal Planner, es que se van a guardar los resultados de cualquier tubería  cuya    velocidad  exceda  los  0.91  m/s  durante  un  evento  específico  de  incendio,  ya  que  este  puede  ser  un  indicador de restricción de flujo o falta de capacidad de una línea del sistema en específico.  24. Cierre la ventana de configuración de la alternativa Fire Flow  y el administrador de Alternativas.  25.  Ejecute  ahora  el  Análisis  de  Flujos  de  Incendio  haciendo  click  en  el  botón  Compute .    Revise  rápidamente el resumen de cálculo (Calculation Summary) y cierre esta la ventana para luego analizar en  mayor detalle los resultados de este análisis.  26. Abra la tabla de resultados de Flujo de Incendio haciendo click en View > Flex Tables > Fire Flow Node  Table, cuyos resultados se presentan a continuación. Revise los resultados de esta tabla especialmente  los resultados de presión y caudal. 

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  27. Un  efectiva  manera  de  ver  los  resultados  del  análisis de incendio es a través del navegador Fire  Flow Results Browser.  28. Para  esto  diríjase  al  menú  Analysis  >  Fire  Flow  Results browser.  Ver figura a la derecha.  29. Conjuntamente  verifique  que  en  la  ventana  Element Simbology,  la codificación por color para  la  categoría  de  tuberías  (Pipes)  estén  codificadas  por el parámetro Velocity. 

 

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30. Elija varias filas en el navegador de resultados de flujos de incendio Resultados y vea cuáles tuberías son  cuellos de botella en el sistema.   31. Por  ejemplo,  los  resultados  y  figura  abajo  muestran  el  caso  en  que  la  demanda  de  incendio  está  localizada en el nodo J‐34 (uno de los nodos que no cumple las restricciones u objetivos definidos en el  análisis de incendio).   

  Nota:  Bajo  el  análisis  de  flujo  de  incendio,  es  claro  que  las  tuberías  con  mayor  velocidad  en  este  análisis  obtendrán  altos  puntajes  en  Pipe  Renewal  Planner  ya  que  son  limitantes  de  la  capacidad  para  combatir  incendios en el sistema.    32. Cierre la ventana del navegador de resultados de flujos de incendio  33. No olvide guardar periódicamente su archivo            

. 

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Análisis y Proyección de Roturas  Ahora  que  ya  hemos  completado  dos  análisis  complementarios  como  el  cálculo  de  segmentos  críticos  (Criticality Analysis) y el análisis de Flujo de Incendio (Fire Flow Analysis); podemos proceder a un tercer análisis  complementario  llamado  Pipe  Break  Analysis,  que  permite  almacenar  los  registros  de  roturas  en  la  red  y  proyectar las mismas en un horizonte de tiempo. 

Importación de datos para la Alternativa de Registro de Roturas (Failure History):  1.

Vuelva o active al escenario Base, seleccionando  "Base" en el menú desplegable de escenarios. 

2.

A  continuación  deberemos  alimentar  al  programa con el registro histórico de roturas en  la Red.  Para  esto  deberá  abrir  el  administrador  de  Alternativas  a  partir  del  menú  Analysis>  Alternatives.   En  esta  ventana,  descienda  sobre  el  listado  de  alternativas  y  expanda  la  categoría  Failure  History.  Haga  doble  click  sobre  la  alternativa  existente  Base Failure History, para configurar la misma.   

 

 

3.

4.

5.  

6.

7.

Cuando  se  abra  el  cuadro  de  diálogo  respectivo,  defina  20  años  como  la  duración  de  los  registros  de  roturas (Duration of Pipe Failure History). 

  Para este taller, tenemos dicho registro de roturas en la Red en una planilla externa en formato Excel. En  consecuencia y para importar los registros históricos de roturas deberá presionar el botón "Import"    en la parte superior de la tabla en el panel derecho. 

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8.

A  continuación  se  abrirá  un  asistente  para  el  proceso  de  importación  de  datos  (similar  al  proceso  en  ModelBuilder). 

9.

Este asistente le preguntar por la localización y el tipo de archivo (Excel 2007 en este caso), el nombre  del archivo (C: \....\Archivos Inicio\Registro_Roturas.xlsx) y la hoja de cálculo en el archivo donde está  los registros (En este caso la hoja Datos).  

10. Marque en  esta primera  pantalla del  asistente la  casilla "Show  Preview" para visualizar los datos de la  planilla. 

  11. En  la  vista  previa  se  ve  que  la  información  de  mayor  preponderancia  se  encuentra  en  las  columnas  [Label] (etiqueta de la tubería) y la columna [# Roturas]. La información adicional ya está en el archivo  que estamos utilizando. Haga click en Next.  12. En  el  cuadro  de  diálogo  Import  Options,  seleccione  que  está  utilizando  la  actual  alternativa  de  roturas  (Base Failure History) como la ubicación para los registros que estará importando y el campo en común   o identificado entre la fuente de datos y el modelo es será el campo Label. 

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  13. Haga  click  en  Next  y  en  el  diálogo  de  asignación  de  campos,  asegúrese  de  que  el  tipo  de  tabla  (Table  Type) es Pipe, que el formato de los datos es Pipe Break Table (un registro por tubería en lugar de uno  por  rotura),  y  el  campo  denominado  #  Roturas  en  el  archivo  de  origen  (Excel)  será  asignado  a  la  propiedad llamada número de roturas (Number of Breaks) en WaterGEMS. 

  14. Haga click en Finish para ejecutar el proceso de importación.  15. Puede  que  el  programa  le  recuerde  que  esta  operación  no  se  puede  deshacer,  responda  afirmativamente para continuar.   16. Los  datos  serán  importados  y  obtendrá  una  pantalla  de  confirmación  que  muestra  que  los  datos  de  rotura de tuberías fueron importados.  

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17. Revise la descripción o resumen del proceso y cierre esta ventana. 

  18. A continuación aparecerá la tabla de datos ya con la información importada de roturas en cada tubería.  Desplace hacia abajo los registros de la tabla para corroborar el proceso de importación.  19. Para efecto de estimar costos de roturas a futuro, se establecerá un costo global de $5,000 por rotura.   Haga  click  derecho  en  la  parte  superior  de  la  columna  [Cost  of  Break  ($)]  y  en  el  menú  emergente  seleccione Global Edit. Asigne un valor global de $ 5000 y pulse OK. 

 

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20. Cierre el cuadro de diálogo la Alternativa Failure History y la ventana del Administrador de alternativas.  21. En el modelo pre configurado ya se han generado previamente agrupaciones (Selection Sets) basados en  la edad de la tubería.    22. De tal manera al ejecutar el Pipe Break Analysis, usted simplemente deberá crear grupos basados en las  agrupaciones  (Selection  Sets)  ya  existentes.  Para  ver  las  agrupaciones,  vaya  al  menú  View>  Selection  Sets. Elija una de las agrupaciones (Selection Sets) y note que las tuberías se han resaltado en el dibujo   

 

 

Configuración y Ejecución de la Herramienta Pipe Break Analysis:   23. Abra  la  herramienta  para  análisis  de  Roturas  dirigiéndose  al  menú  principal  Analysis  >  Pipe  Break  Analysis, o haciendo click en el ícono correspondiente de la barra de herramientas 

. 

24. Lea el diálogo de  bienvenida y oprima  el botón New  en la parte superior  del panel de la izquierda  para  crear  un  nuevo  análisis  de  roturas  que  permita  proyectar  las  misma  basado  en  los  registros  históricos y materiales.   25. La  creación  de  un  nuevo  análisis  abrirá  una  tabla  de  rotura  de  tuberías  aún  sin  resultados  (Panel  derecho). Renómbrelo como Análisis de Roturas. 

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  26. En  el  menú  desplegable  de  Escenarios  (Representative  Scenario)  en  la  parte  superior  del  diálogo,  seleccione Base.   27. Para  ver  las  tuberías  con  mayor  número  de  roturas  (según  historial),  haga  click  derecho  en  la  parte  superior de la columna [Number of Breaks] y ordene de forma descendente Sort > Sort Descending. 

 

 

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28. A  continuación  agruparemos  las  tuberías  acuerdo  al  periodo  de  instalación.  Seleccione  la  pestaña  de  Grupos de Roturas (Pipe Break Groups). Seleccione el botón Pipe Break Groups  ubicado en la parte  superior del panel de la derecha y empiece a crear grupos seleccionando el botón New  superior del cuadro de diálogo de Grupos de Roturas. 

 en la parte 

 

 

29. En la parte superior del panel derecho, seleccione el botón (primer botón) para añadir tuberías a partir  de  agrupaciones  Add  Pipes  from  Selection  Set  .  Elija  una  agrupación  ya  creada  (Selection  Set)  del  menú desplegable (Por ejemplo:  Pre‐1940) y haga click en OK para crear ese grupo.   

 

 

30. Asegúrese que la duración del historial es 20 años, esto lo puede observar en el campo Duration of Pipe  Group  Failure  History:  en  la  parte  superior  de  la  ventana.  En  concordancia  con  el  registro  usado  este  valor deber ser de 20 años. 

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31.  Dé un mejor nombre al grupo eligiendo el botón Rename   (tercero desde la izquierda) en el panel de  la izquierda y cambiando el nombre a algo que identifique claramente el grupo como "Tubos  antes de  1940".   32. Este primer grupo deberá lucir así: 

 

 

33. De manera análoga a la creación del primer grupo basado en periodo de instalación, repita estos pasos  para crear los siguientes grupos de tubería según su fecha/periodo de instalación.  34. Los grupos (y sus nombres) a crear serán los siguientes:  Tubos 1941‐1950  Tubos 1951‐1960  Tubos 1961‐1980  Tubos 1981‐1990  Tubos 1991‐2010  35. Cuando haya terminado, su lista debe lucir como la siguiente:   

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    36. Terminada  la  creación  de  grupos  haga  click  en  Close.  La  pestaña  de  los  grupos  de  rotura  (Pipe  Break  Groups) debe lucir así: 

     

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37. Finalmente seleccione en la parte superior la pestaña “Options” y marque la casilla Compute Pipe Break  Auxiliary Results para indicar que quiere resultados auxiliares para proyectar las roturas.   38. Use una tasa de interés (Interest Rate) del 5% y un periodo de proyección (Projection Period) de 30 años.  39.  En este caso particular hemos decidido que para el análisis de roturas la historia del grupo tenga más  peso que la historia individual así que deslice la barra hacia el grupo, de modo que la escala sea de 0,40.  40. La configuración de esta pestaña de opciones se ilustra a continuación: 

  Nota: Si quiere conocer con mayor detalle el significado de estos campos en el ejercicio de proyección de  roturas consulte el menú Help del programa pulsando [F1]/  41. Regrese  a  la  pestaña  de  Roturas  de  Tuberías  (Pipe  Breaks)  y  seleccione  el  botón  Compute  ejecutar el análisis 

 para 

Atención: Si recibe un mensaje de que la historia de rotura del grupo no es válida, seguramente se le olvidó  asignar una duración en la parte superior de uno o más de los cuadros de diálogo en Pipe Break Group.    42. Revise los resultados del análisis de roturas una vez este se complete.   43. Desplácese  hacia  la  derecha  para  ver  los  resultados  más  importantes.  Ordene  la  columna  [Break  Rate  (scaled)]  en  forma  descendente  (Sort/Sort  Descending)  para  ver  las  tuberías  con  la  mayor  tasa  (No.  Rotura/Año/km) esperada de roturas.  44. Así mismo la herramienta calcula los costos anuales esperados según la ocurrencia de roturas y el valor  de reparación de cada rotura definido previamente en alternativas.  45. Los resultados obtenidos se indican en la siguiente tabla:   

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  46. La  proyección  y  tasas  de  roturas  cuyos  resultados  pueden  brindar  una  perspectiva  clara  de  grupos  de  tramos  de  tubería  en  la  Red  más  vulnerables,  serán  utilizadas  más  adelante  por  la  herramienta  Pipe  Renewal Planner.           

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47. Para  ver  los  resultados  de  forma  gráfica,  minimice  la  ventana  de  Pipe  Break  Analysis  y  diríjase  a  la  ventana Element Simbology. Para la categoría de elemento tipo Pipe, desactive la codificación pos color  activa y use la codificación (ya creada) para mostrar la tasa de roturas (Pipe Break Rate) en el sistema.  48. Su área de dibujo deberá lucir de esta manera:   

 

  49. Complete la tabla de resultados al final del taller.                 

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Configuración y Uso de Herramienta Pipe Renewal Planner  Hasta ahora y a partir de diferentes herramientas ofrecidas por WaterCAD/GEMS usted ha estado trabajando  en los aspectos individuales que van a alimentar en Pipe Renewal Planner. Ahora va a combinar estos aspectos  individuales para generar una calificación o puntaje en las tuberías del sistema como un indicador de aquellos  tramos de tuberías para los cuales se deben priorizar inversiones de renovación.    

Calculo del Puntaje (Score) par Renovación de Tuberías a través de Pipe Renewal Planner:  1.

Abra la herramienta para Análisis y Planeación de Renovación de Tuberías a partir del menú Analysis >  Pipe Renewal Planner u oprimiendo el botón respectivo en la barra de herramientas   .   

  2.

3. 4.

Lea  el  diálogo  de  bienvenida  y  haga  click  sobre  el  botón  New   en  la  parte  superior  del  panel  de  la  izquierda.  Elija  el  escenario  Base  como  el  escenario  representativo  en  el  menú  desplegable  (parte  superior).  No  es  necesario  en  este  caso  el  botón  marcar  la  columna  [Compute  Scenario]  a  menos  que  haya  cambiado algo en el modelo desde la última ejecución de los análisis individuales.   Para  los  aspectos  Pipe  Break  y  Criticality  seleccione  el  escenario  Base  y  para  Capacity  como  es  obvio  seleccione el escenario Fire Flow. 

 

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5. 6. 7. 8.

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Elija  la  pestaña  de  opciones  de  aspecto  predefinidas  “Predifined  Aspect  Options”  y  observe  las  sub‐ pestañas para cada aspecto.   Nada habría que cambiar en la sub‐pestaña de roturas “Pipe Break Score Analysis Options”.  En la sub‐pestaña de Criticidad “Criticality Score Analysis Options” si un tubo está compuesto de varios  segmentos, las puntuaciones de los segmentos se promediarán. Nin’gún cambio es requerido.  Finalmente, en la su‐pestaña de capacidad “Capacity Score Analysis Options” si hay alguna tubería de 2  pulgadas (50.8 mm) o más pequeña con alguna alerta esta se ignorará.  

 

  9.

Dentro  del  análisis,  los  tres  (3)  aspectos  definidos  utilizarían  una  escala  continua  para  convertir  el  puntaje  bruto  en  una  escala  de  0  a  100  (donde  100  es  el  peor  o  más  vulnerable  de  los  tramos  de  tuberías). 

.   10. Para ejecutar el cálculo, haga click en la parte superior de esta ventana en el botón Compute  11. Diríjase a la pestaña “Results” para observar la tabla de resultados producto del análisis multi‐criterio.  12. Para  una  mejor  visualización,  haga  click  derecho  sobre  el  encabezado  de  la  columna  [Pipe  Score]  y  ordene esta columna con los puntajes de Tubería de forma descendente (Sort/Sort Descending).   

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  Nota: A la luz de los resultados (Pipe Score), es clara la correlación de las tuberías con el puntaje total más alto  con los altos puntaje que tenían estas mismas tuberías en los aspectos de Criticidad (s/n Análisis de Segmentos  Críticos) y Capacidad (s/n Análisis de Flujo de Incendio).  13.  De regreso al área de dibujo podrá ver las tuberías con altos puntajes usando la codificación por color  basado en la puntuación de tuberías. Use tanto el color como el tamaño en la codificación así es más fácil  ver las peores tuberías.   14. Abra la ventana Element Simbology, y en la categoría Pipe desactive la codificación activa y seleccione la  codificación basada en el parámetro Pipe Score.  15. Haga  doble  click  sobre  esta  codificación.  En  la  ventana  de  propiedades  de  la  codificación,  seleccione  Calculate Range>Full  Range. En el menú Options (lado derecho) escoja Color and Size y luego haha click  en el botón Initialize 

 (el tercero de izquierda a derecha). 

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  16. Su área de dibujo con la red debe indicar en Rojo y Magenta los tramos con los más altos puntajes: 

 

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Nota: Las dos tuberías con la puntuación más alta son las dos dentro de la estación de bombeo, pero esas  tuberías tienen una bomba en paralelo que estaba apagada durante el análisis de criticidad. Si la bomba en  paralelo hubiera estado encendida, estos resultados de criticidad habrían sido mucho mejores. La siguiente  peor tubería es P‐34 que es la única alimentación para una porción del sistema. En caso de fallar, pondrá un  gran número de usuarios fuera de servicio.  P‐34 también es un cuello de botella para los flujos de incendio.  17. Revise los puntajes para todos los aspectos y experimente con la codificación por color en cualquiera de  las  propiedades  y  puntuaciones.  Muchas  codifiaciones  por  color  ya  existen  y  han  sido  configuradas  en  este modelo.   

Añadir un nuevo Aspecto al Análisis en Pipe Renewal Planner:  Justificación: En este sistema, la administración considera que existen problemas de calidad de agua creados  por las viejas tuberías de hierro fundido y sin revestimiento, así que les gustaría incluir el material de la tubería  como otro aspecto dando  preferencia a tuberías de hierro fundido. También están preocupados con el uso de  tuberías de asbesto cemento y les gustaría dar a aquellas tuberías una puntuación ligeramente superior. Para  esto, es necesario crear un aspecto nuevo y asignar una forma de cuantificarlo en Pipe Renewal Planner.    18. Para  no  sobre‐escribir  los  resultados  del  análisis  previo, debemos  crear un nuevo escenario.   19. Abra  el  administrador  de  escenarios  dirigiéndose  al  menú  Analysis  >  Scenario,  y  cree  un  hijo  del  escenario Base (New> Child Scenario).   20. Nombre  este  escenario  como  "Puntaje  por  Material"  ya  que  se  tendrá  en  cuenta  el  material  para calcular el puntaje de tuberías.   21. Seleccione este escenario como el escenario actual  haciendo click sobre el botón Make Current 

. 

22. Vuelva a abrir Pipe Renewal Planner (Menú Analysis> Pipe Renewal Planner).  23. En  la  parte  superior  haga  click  sobre  el  botón  Duplicate  para  duplicar  el  análisis  anterior  con  su  configuración.  24. Renombre  el  nuevo  análisis  como  Puntaje  Inc.  Material  y  establezca  el  escenario  representativo  "Puntaje por Material". Su ventana deberá lucir como se indica: 

 

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25. Ahora debe crear un nuevo aspecto. Para la columna [Use], marque la caja al comienzo de la cuarta fila  para agregar una nueva línea.   26. A continuación en la columna [Aspect] seleccione el botón de elipsis (...) para crear un nuevo aspecto.   Esto abrirá una nueva ventana o diálogo para agregar “Aspectos” complementarios.  27.  Oprima el botón New   y nombre el nuevo aspecto Material.  28. Para  el  campo  Property,  seleccione  Material  del  menú  desplegable.  En  la  parte  izquierda,  haga  click  sobre  el  botón  Initialize   y  luego  introduzca  una  valoración  de  100  para  hierro  fundido  y  50  para  asbesto‐cemento (los dos materiales más problemáticos y antiguos de la Red).  

  29. Cierre esta ventana. De regreso a la ventana principal del Pipe Renewal Planner y su tabla de Aspectos,  en el menú desplegable de la cuarta línea bajo la columna [Aspect], seleccione Material.  30. Dado  que  hemos  incluido  un  aspecto  adicional  debemos  distribuir  su  peso.  En  la  columna  [Weight],  asigne  a  todos  los  aspectos  un  peso  igual  haciendo  click  derecho  en  el  encabezado  de  esta  columna  y  seleccionando Global Edit > Set y definiendo un valor de 0.25.  31. Para la fila o aspecto Material, deberá marcar la casilla bajo la columna [Compute Scenario] ya que ésta  es la primera vez que se ejecutaría el cálculo de la puntuación de material (Debido a que el material es el  mismo en todos los escenarios, puede elegir cualquier escenario). 

 

 

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32. Haga click en el botón Compute 

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para ejecutar este nuevo análisis.  

33. Observe  los  resultados  y  ordene  el  puntaje  de  tuberías  según  la  columna  [Pipe  Score]  de  forma  descendente.  Muchas  de  las  tuberías  son  las  mismas  que  antes,  pero  más  tuberías  antiguas  de  hierro  fundido tienen puntajes más altos. Casi todas las tuberías de mayor puntuación son de hierro fundido.  

 

  34. De manera análoga a lo realizado anteriormente, para este escenario "Puntaje por Material" y usando la  ventana  Element  Simbology,  haga  uso  de  las  diferentes  codificaciones  por  color  basadas  en  Puntaje  (Score) para una mejor visualización de los resultados.  35. La visualización de la Red según la puntuación total de las tuberías en este nuevo escenario se presenta a  continuación: 

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    Nota: Por supuesto, una puntuación alta no significa necesariamente que una tubería debe ser reemplazada o  reparada, sino más  bien que  es necesario considerar la  causa y  el remedio de los  problemas o aspectos que  originan que la(s) tubería(s) tuviesen una alta puntuación. Si luego de verificar la información y considerar otros  aspectos  hay  coincidencia  en  su  vulnerabilidad,  estos  tramos  posiblemente  deben  ser  incluido  en  próximas  inversiones de renovación de redes.    36. Guarde la versión final de su archivo. A continuación Complete los resultados y responda las preguntas  en las siguientes dos páginas.   

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Resultados y Preguntas    

Tablas de Resultados  1. Indique el déficit (%), el número de válvulas y la longitud de la tubería para aislar a estos segmentos.  Segmento  Déficit (%)  No. de Válvulas Longitud de la tubería (pies) 1  2  16 

     

     

     

  2. En la tabla de resultados de flujos de incendio, ¿cuál fue el flujo de incendio disponible (available fire flow)  en los siguientes nodos?:  Nodo  Caudal contra incendio (Disponible) (gpm) J‐91  J‐47  J‐85 

     

  3. En los resultados de rotura de tuberías, encuentre los cuatro elementos con tasas de rotura mayores a 1  rotura/año/km. Cuáles son las tasas?  Tubería  Tasa de Rotura A escala         

       

  4. Con excepción de las tuberías P‐130 y P‐131, ¿cuáles fueron las tres tuberías con la puntuación más alta en  Pipe Renewal Planner y qué aspecto fue el más alto para cada una (es decir, cuál era su mayor problema)?  Primera ejecución  Tubería  Puntaje  Peor Aspecto       

     

     

  Incluyendo Material en el Puntaje  Tubería  Puntaje  Peor Aspecto             

     

     

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Preguntas para Discusión    1. ¿Cree usted que el segmento 2 es demasiado grande? ¿Qué haría usted para reducir su tamaño?              2. ¿Qué haría usted con los nodos de flujo de incendio que no pueden suministrar el caudal necesario a 20  psi?              3. ¿Qué material de tubería fueron las tuberías con las mayores tasas de rotura?               4. ¿Por qué minimizamos la importancia de las tuberías P‐130 y P‐131 en la puntuación?              5. A pesar de que las tuberías de asbesto‐cemento tuvieron una alta tasa de rotura, ¿por qué no aparecen  especialmente altas en las puntuaciones de tubería calculadas por la herramienta Pipe Renewal Planner?                

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Análisis de Vaciado de Redes

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Desarrollando Pruebas y Rutinas para Vaciado (Flushing) de Redes     Objetivo General  En este taller, usted evaluará el análisis convencional de vaciado (flushing) e identificará puntos específicos  donde técnicas de vaciado uni‐direccional (UDF: Unidirectional Flushing) pueden mejorar las velocidades de  flujo durante labores de vaciado.     El punto de partida de este ejercicio será un sistema previamente configurado donde se ha implantado en  diversos puntos de la Red el elemento Hydrant (Hidrante o Grifo). El elemento Hidrante se encuentra sobre las  diferentes líneas que componen el sistema y se entiende que el lateral (o conexión al hidrante) ya se encuentra  implícitamente incluido (aunque en este modelo de ejemplo no se especifiquen las pérdidas menores en dicho  lateral).     

Objetivos Específicos del Taller  Después de completar este taller, usted deberá tener la capacidad de:   Configurar  y  analizar  un  programa  de  pruebas  usando  técnicas  de  vaciado  convencional  o  unidireccional de redes de distribución 

                                               



Revisar los datos requeridos en la Alternativa de Vaciado (Flushing). 



Aprender a usar el navegador de resultados para simulaciones de tipo Vaciado (Flushing). 

Análisis de Vaciado de Redes

 

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Enunciado y Verificación de Datos 

Como se comentó previamente, este taller comienza con la apertura y análisis en Estado Estático (SS)  de un  modelo previamente configurado en WaterCAD/GEMS V8i. Este modelo cuenta con 107 hidrantes, y se  abastece de dos Reservorios conectados a dos estaciones de bombeo o impulsión.    El objetivo es hacer algunas pruebas analíticas sobre el impacto en las velocidades de flujo en la red que  tendrían distintas estrategias de vaciado. Estas operaciones además de realizarse como operaciones periódicas  de pruebas de funcionamiento en hidrantes, también pueden tener como objetivo la remoción de depósitos y  bio‐películas en la red mediante la generación de mayores velocidades o para un cambio repentino en las  condiciones de calidad de agua de un sector del sistema. 

Cálculo y Revisión de Resultados Modelo Existente  1. 2.

Abra  WaterCAD/GEMS  V8i  haciendo  clic  en  el  acceso  directo  del  programa  o  seleccionando  Inicio>Programas>Bentley> WaterCAD V8i  o WaterGEMS V8i.  Vaya  al  menú  File>Open  y  diríjase  a  la  subcarpeta  de  Talleres  Inicio,  seleccione  el  archivo  Analisis_Vaciado.WTG y oprima el botón Abrir.  Asegúrese que el escenario de nombre “Steady” sea el  escenario activo. Su modelo deberá lucir de la siguiente manera: 

 

Análisis de Vaciado de Redes

3. 4.

5.

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Haga  click  en  el  botón  Compute   para  verificar  que  los  datos  hidráulicos  y  configuración  básica  del  modelo esté completa y no tenga problemas.  Revise rápidamente el resumen ejecutivo de cálculo (Calculation Summary) y cierre también la ventana  de  notificaciones  de  usuario  (User  Notifications)  en  caso  que  esta  se  abra  (habrá  algunas  pocas  advertencias por presiones negativas especialmente en la zona de succión de algunos bombeo).  A través del los reportes tabulares (Menú Report> Element Tables) abra las tablas para Nodos (Junction  Table)  y  Tuberías  (Pipe  Table)  para  verificar  de  manera  rápida  que  los  resultados  de  cálculo  sean  razonables. 

  Nota:  Este  sistema  tiene  dos  zonas  de  presión,  una  zona  en  la  parte  baja  alimentada  por  un  par  bombas  de  velocidad  fija  (FSP)  en  conexión  directa  a  la  red  (sin  tanque  intermedio),  y  una  zona  alta  que  después  de  un  bombeo  inicial  es  servida  por  un  tanque  del  cual  se  deprende  una  estación  de  bombeo  el  cual  cuenta  en  su  descarga con una Bomba de Velocidad Variable (VSP)    El sistema ya tiene asignado en algunos nodos los datos de demanda base. Adicionalmente y como se anotó  previamente,  El  sistema  cuenta  con  más  de  una  centena  de  hidrantes  los  cuales  como  es  lógico  bajo  condiciones normales de operación tienen un estado inicial como “Closed”   

Creación de Codificaciones por Color para Tuberías e Hidrantes  6.

A continuación, vamos a personalizar algunas codificaciones por color para un mejor entendimiento de  los resultados del modelo, especialmente en lo que tiene que ver con los elementos Tuberías (Pipes) e  Hidrantes (Hydrants). 

7.

Vaya  a  la  ventana  de  Element  Simbology  (si  no  la  tiene  abierta  puede  acceder  a  ella  a  través  del  menú  View>Element  Simbology.  Expanda la categoría Pipe y desmarque la  codificación  existente  Diameter.  A  continuación  marque  como  activa  la  codificación  por  color  Hydraulic  Grade  (Start), tal y como se indica. 

8.

 

    Nota:  La  codificación  por  color  por  Gradiente  Hidráulico  (Inicial)  en  todas  las  tuberías  nos  permite  visualizar  fácilmente las dos zonas de presión principales que tiene este sistema. Una zona de presiones altas (en Rojo) y  una zona de Presiones más bajas o intermedias (representada en Azul). La figura se ilustra a continuación:   

Análisis de Vaciado de Redes

9. 10.

Página 4 de 24

  De  nuevo  en  la  ventana  Element  Simbology,  haga  click  derecho  sobre  la  categoría  Pipe  y  del  menú  emergente seleccione New/Color Coding.  A  continuación  crearemos  una  nueva  codificación  por  color  basada  en  la  Velocidad  de  flujo  de  las  tuberías. De tal manera configure los parámetros en el cuadro de diálogo de la siguiente forma:  Field Name:   Velocity  Selection Set:     Minimum:   0.0 m/s  Maximum:   6.1 m/s  Steps:     5  Options:     Color and Size 

Análisis de Vaciado de Redes

11.

En el panel derecho oprima el botón Initialize Valor  0.03  0.30  0.90  1.50  6.10 

12.

  13. 14.

15.

16.

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Color  Naranja Claro  Verde  Azul  Magenta  Rojo 

(tercer botón), definiendo los siguientes intervalos:  Size  1  2  3  4  5 

Su ventana deberá lucir de la siguiente manera: 

  Oprima el botón Apply y luego en OK.  Ahora configuraremos una codificación por color para el elemento Hidrante (Hydrant), en el cual cuando  se presenten flujos importantes a través del(os) hidrante el elemento luzza de mayor tamaño y con este  tenga mayor visibilidad.  En Element Simbology seleccione la categoría Hydrant y oprima el botón derecho del Mouse, en el menú  emergente seleccione New/Color Coding. En el cuadro de diálogo configure las propiedades de la nueva  codificación de la siguiente manera:  Field Name:   Demand  Selection Set:     Minimum:   0.0 L/s  Maximum:   126.2 L/s  Steps:     3  Options:     Color and Size  En el panel derecho oprima el botón Initialize (tercer botón), definiendo los siguientes intervalos de  valores de demanda (Ver figura en siguiente página): 3.20 L/s (Verde) | 31.5 L/s (Azul) | 126.2 L/s (Rojo).  A los últimos dos intervalos asignaremos un multiplicado de tamaño (Size) de 5.0. 

Análisis de Vaciado de Redes

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  17.  

Haga click en el botón Apply y luego en OK. 

Definición de un Conjunto de Selección (Selection Set) para el Sistema de Hidrantes  18.

19. 20.

En este ejercicio de análisis de vaciado, se ejecutará un análisis “Convencional” en el cual la herramienta  abrirá  uno  por  uno  los  hidrantes  (Conventional  Flushing)  analizando  los  resultados  hidráulicos  de  cada  maniobra. Por lo anterior, será conveniente crear un conjunto de selección con dichos hidrantes.  Para  crear  un  Selection  Set  con  todos  los  hidrantes  vaya  al  menú  principal  Edit>  Select  by  Element>  Hydrant. Esto seleccionará al universo de hidrantes con los que cuenta el sistema.  Ahora  haga  click  derecho  sobre  el  área  de  dibujo  y  del  menú  emergente  seleccione  la  opción  Create  Selection Set. Nombre a esta selección como “Totalidad Hidrantes” y haga click en OK. 

  Notas:  ‐ Para un ejercicio de análisis de vaciado es posible que se precise de crear un Set de Selección con solo  una fracción de los hidrantes (por ejemplo excluyendo aquellos hidrantes que se sabe se encuentran  deteriorados) del sistema.  ‐ Las  herramientas  Network  Navigator  y/o  Selection  Sets  (ambas  en  el  menú  View),  permitirán  al  modelador en cualquier momento seleccionar a los elementos agrupados en cualquier Selection Set.  

Análisis de Vaciado de Redes

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Ejecución de un Análisis de Vaciado Convencional (Conventional Flushing)  Configuración de una Alternativa de Vaciado (Flushing)  21. 22. 23.

24.

Antes de ejecutar un análisis de vaciado, debemos  configurar la alternativa respectiva para tal efecto.  Abra la ventana de  alternativas a través del menú  Analysis> Alternatives.  Expanda la categoría Flushing y abra la alternativa  base (Base  Flushing) haciendo doble click sobre la  misma.  En primer lugar deberá configurar los criterios generales del análisis de vaciado. Para esto asegúrese de  estar en la pestaña superior “Flushing Criteria”. Los parámetros a configurar son los siguientes:  Target Velocity:   0.91 m/s   |   Pipe Set:  All Pipes (Se verificará la velocidad en todas las tuberías)   Compare velocities across prior scenarios?   Dejar desmarcada la caja de selección.  12.04 L/s/(mH2O)^n  Flowing Emitter Coefficient:   Flowing Demand:  0.0 L/s       |   Apply Flushing Flow By:   Adding to baseline  Report on minimum pressure?       Marcar esta caja de selección.  Include nodes with pressure less than?     Marcar esta caja de selección.  Node Pressure Less Than:    206.8 kPa (21.09 m H2O)   

 

Análisis de Vaciado de Redes

25. 26. 27.

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No marque o seleccione el parámetro Include pipes with velocity greater than? Dado que que ya hemos  seleccionado All Pipes como el conjunto de selección (Pipe Set) de tuberías para este análisis.  Ahora  haga  click  sobre  la  pestaña  superior  “Conventional”  en  el  cuadro  de  diálogo  de  la  alternativa  Flushing.  En la parte superior del cuadro, oprima el botón Initialize from Selection Set  . Seleccione “Totalidad  de  Hidrantes”  como  conjunto  de  selección  dado  que  estos  serán  los  nodos  para  acciones  de  vaciado.  Haga click en OK. 

  28.

Para esta alternativa de vaciado, especificaremos que en el hidrante H‐91 tenemos una salida de 100 mm  y por tanto para este hidrante en específico tendremos un coeficiente de emisor diferente a los demás. 

29.

Busque y seleccione el elemento Hydrant H‐91 de la tabla, y para este registro en específico marque la  caja de selección en la columna Use Local? y defina al coeficiente de emisor (Emitter Coefficient) como  30.1 L/s/(mH2O)^n, tal y como se indica a continuación: 

 

  30. 31.

  Dado  que  se  trata  de  un  análisis  convencional  de  vaciado,  no  haremos  nada  sobre  la  pestaña  “Unidirectional”.  Cierre la ventana correspondiente a la Alternativa de Vaciado (Base Flushing). 

Análisis de Vaciado de Redes

Configuración de Opciones de Cálculo para Análisis de Vaciado  32.

33.

34.

35.

Ahora deberemos crear una opción de cálculo para  el  análisis  de  vaciado.  Si  no  se  encuentra  abierto,  abra  el  administrador  de  opciones  de  cálculo  a  través del menú Analysis> Calculation Options.  Teniendo seleccionada la carpeta Steady State/EPS  Solver (Análisis de Regimen Permanente) haga click  sobre el botón New  .  Renombre  esta  nueva  opción  como  Opciones  Vaciado. 

  Haga  doble  click  sobre  Opciones  Vaciado  para  abrir  el  editor  de  propiedades  y  en  el  campo  Calculation  Type  seleccione  como  es  lógico  la  opción Flushing (Ver figura a la derecha). 

Creación del escenario para evaluar el Análisis de Vaciado  36.

37.

38.

Ahora  deberá  abrir  la  ventana  de  administración  de  escenarios  seleccionando  el  menú  Analysis>Scenarios.  Seleccione  el  Escenario  Steady,  y  haciendo  click  derecho seleccione la opción New/Child  Scenario.  Renombre  el  nuevo  escenario  como  Vaciado  Convencional  

  Abra  las  propiedades  de  este  escenario  y  en  la  categoría opciones de cálculo seleccione Opciones  Vaciado (Ver figura derecha). 

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39. 40.

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Ahora  definiremos  al  escenario  Vaciado  Convencional,  como  el  escenario  activo  seleccionando  a  este  nuevo escenario y haciendo click sobre el botón Make Current  .  Cierre la ventana de administración de escenarios. 

  Cálculo de un Escenario de Análisis de Vaciado Convencional y Revisión de Resultados  41. 42. 43. 44.

Teniendo activo el escenario de Vaciado Convencional, haga click en el botón Compute  .  Cierre el cuadro de diálogo Calculation Summary y el de Notificaciones de Usuario (User Notifications) en  caso que este se abra.  Para ver el reporte de resultados de análisis de vaciado, vaya al menú View> FlexTables y abra la tabla  Flushing Report.  Para  una  mejor  visualización  de  resultados,  haga  click  derecho  sobre  la  columna  [Velocity  Maximum  Achieved (m/s)] y selecciones la opción Sort/Sort  Descending. Los resultados de la tabla se muestran a  continuación 

  Nota: En la tabla se muestran las máximas velocidades alcanzadas en tuberías durante el análisis convencional  que simula la apertura uno a uno de los hidrantes. La velocidad objetivo se definió como 0.91 m/s. 

 

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45.      46. 47. 48.

49.

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Complete los resultados del análisis en la tabla al final de este ejercicio. En relación a los resultados, se  podrían hacer diferentes observaciones como por ejemplo:  La línea P‐675 no tiene velocidad debido a que su estado es “cerrado” y que representa un límite físico  entre zonas de presión.  La línea P‐665 no presenta tampoco velocidad de flujo, puesto que representa la línea de descarga de  una bomba cuyo estado es apagado.   La línea TL‐107 tiene una velocidad marginal (inferior a 0.91 m/s) debido a que es una tubería con un  diámetro importante (300 mm) con una derivación en el extremo.  La línea P‐455 al igual que otras del sistema tienen una buena velocidad (1.5 m/s – 2.5 m/s).   La  línea  P‐294  tiene  la  velocidad  más  alta  luego  del  análisis  debido  a  que  se  trata  de  un  diámetro  mediano y se trata de una tubería de extremo final.  Cierre el reporte tabular de resultados de análisis de vaciado.  Vaya  a  la  ventana  de  Simbología  de  Elementos  (Menú  View>Element  Symbology),  haga  click  derecho  sobre la categoría Pipe y seleccione New/Color Coding.  A continuación crearemos una nueva codificación por color basada en la Velocidad Máxima alcanzada en  los hidrantes durante el análisis de vaciado. Configure los parámetros de esta nueva codificación así:  Field Name:   Velocity Maximum Achieved  Selection Set:     Minimum:   0.0 m/s  Maximum:   6.1 m/s  Steps:     5  Options:     Color and Size  (tercer botón), definiendo un color claro y tamaño de 1  En el panel derecho oprima el botón Initialize para  el  primer  valor  del  intervalo  (0.03  m/s)  y  el  color  Rojo  con  tamaño  5  para  el  mayor  valor  del  intervalo  (6.10 m/s). Tal y como se indica en la figura abajo: 

 

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50. 51.

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53.

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Haga Click en el botón Apply y luego en OK.  De  regreso  a  la  ventana  Element  Symbology,  marque solamente la codificación por color basada  en Velocity Maximum Achieved.  Revise  el  área  de  dibujo  observando  que  solo  pocas  líneas  están  representadas  en  los  colores  o  rangos  que  representan  velocidades  inferiores  a  0.30 m/s.  La figura según nueva codificación se ilustra abajo: 

 

  54.

Recuerde guardar su modelo de manera periódica haciendo click sobre el botón Save 

. 

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Usando el Navegador de Resultados de Vaciado para visualizar eventos individuales de vaciado  Al  igual  que  para  el  análisis  de  flujo  de  incendio,  WaterCAD/GEMS  V8i,  ofrece  una  herramienta  de  navegación  para  visualizar  los  resultados  del  análisis  de  vaciado llamada Flushing Results Viewer.  55. Para abrir esta herramienta, diríjase al menú principal  Analysis> Flushing Results Viewer.  56. En  la  ventana  Element  Symbology,  marque  la  codificación  por  color  basada  en  Velocity,  y  desmarque  la  codificación  Velocity  Maximum  Achieved.  57. Asegúrese  que  la  codificación  Demand,  para  la  categoría Hydrant esté también activa. 

 

58.

59.

 

Una vez la ventana Flushing Results Browser, esté activa/abierta, haga click en varios eventos de vaciado  individual para poder ver en el área de dibujo cuales son las tuberías que experimentan altas velocidades  durante maniobras específicas de apertura de hidrantes o vaciado.  Por  ejemplo,  se  presenta  a  continuación  la  figura  y  codificación  por  color  de  líneas  (según  velocidad)  cuando se da la apertura del hidrante H‐42 cuyo vaciado fluye a través de la línea TL‐107. 

  Nota:  Observe  para  este  caso  es  las  velocidades  en  el  sistema  no  son  altas  ( Element Tables y seleccione Junction.  Una  vez  se  abre  la  tabla,  haga  click  derecho  sobre  el  encabezado  de  la  columna  [Pressure  (kPa)]  y  seleccione Sort/Sort Descending.   En la tabla observará que en gran parte de los registros presentan el valor N/A en la columna Presión.  Esto se debe a que en estos caso la presión no cae por debajo de 206.8 kPa que fueron especificados.  Recuerde el campo Include nodes with pressure less than? fue definido con ese valor. 

  Nota: Gran parte de los nodos listados con presiones por debajo de 180 kPa, corresponden a los lados de  succión de las estaciones de bombeo de este modelo.  Cierre el reporte tabular para nodos (Junction Table).  Continúe  navegando  por  la  herramienta  Flushing  Results  Browser  para  analizar  que  otros  eventos  de  vaciado son efectivos para limpieza de las redes por velocidad inducida en la red. 

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69.

70.                

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Por ejemplo, verificando el Flushing H‐16 observamos que este no genera un vaciado y limpieza en una  gran sección de la red, dada su gran cercanía con una de las fuentes del sistema y la poca generación de  flujos extras en otras zonas del sistema.  Por  el  contrario,  las  acciones  de  Flushing  en  H‐91  si  generan  un  apreciable  efecto  de  vaciado  y  velocidades de flujo en una zona importante de la red, debido a su localización y al hecho que se trata de  un hidrante con una salida de 100 mm (Ver figura abajo). 

  Cierre la ventana Flushing Results Browser. 

 

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Ejecución de un Análisis de Vaciado Unidireccional (UDF)  Justificación:  En  el  análisis  previo  (Conventional  Flushing)  observamos  que  en  el  análisis  de  apertura  de  cada  uno  de  los  hidrantes en algunos casos la velocidad objetivo que se quiere inducir en la redes aledañas a los hidrantes no  se consigue. Uno de los casos, es por ejemplo la línea TL‐107 la cual no alcanzó a generar una velocidad alta en  las  redes  (0.71  m/s)  a  pesar  que  se  encuentra  lo  suficientemente  lejana  de  la  fuente  de  abastecimiento  del  sistema.   Esta situación se debe a que el flujo se reparte en dos direcciones (TL‐109 y TL‐107) y se trata de una tubería  con un diámetro importante (300 mm).  Para esta línea (por ejemplo), podría ser recomendable configurar un evento de vaciado  unidireccional en el  cual se puede tratar de forzar a que el caudal generado por el Flushing fluya en una sola dirección.   

Revisión Sistema y Creación de una nueva Alternativa de Vaciado (Flushing)  1.

Antes de crear una nueva alternativa haga un Zoom sobre la tubería TL‐107.  

  2.

Podemos  observar  que  las  válvulas  de  aislamiento  ISO‐85  e  ISO‐212  se  encuentran  en  el  extremos  de  esta línea (lateral aguas arriba y extremo aguas debajo de la línea). 

3.

Abra el Administrador de Alternativas a través del  menú Analysis> Alternatives.  Bajo  la  categoría  Flushing,  seleccione  la  alternativa Base Flushing. 

4. 5. 6.

Haga  click  en  el  botón  New   para  crear  una  nueva alternativa hija.  Nombre  esta  nueva  alternativa  como  Vaciado  UDF TL‐107. Ver figura a la derecha. 

   

7. 8. 9. 10.  

Haga doble‐click sobre esta nueva alternativa para abrir el cuadro de diálogo Flushing Alternative.    Verifique que la pestaña inicial “Flushing Criteria”, todavía conserve los parámetros y valores definidos  en la alternativa padre.  En la parte superior del cuadro, seleccione ahora la pestaña “Unidirectional”.   Haga click en el botón New 

 y seleccione la opción Add Flushing Event. 

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11.

  12. 13.

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Nombre a este nuevo evento como Vaciado en TL‐107 y haga click en OK. 

  En la primera fila de tabla y bajo la columna o campo [Element ID] haga click en el botón ellipsis (…).  Para  la  herramienta  Select,  oprima  el  botón  .  A  continuación  en  el  cuadro  de  diálogo  para  encontrar elementos escriba H‐42 en el campo superior y haga click en el botón Find 

. 

 

 

Nota: Esta acción seleccionará el elemento solicitado y lo traerá de regreso a la tabla de la pestaña  “Unidirectional” para la alternativa Flushing que se está trabajando.   

14.

  Ahora  deberemos  definir  las  válvulas  de  aislamiento  que  serán  cerradas  en  los  extremos  de  la  línea.  Siguiendo en la misma pestaña, haga click en el botón New 

15. 16.

 y seleccione el botón Add  Elements 

.  En la barra de herramientas, usted puede usar la herramienta Find Element para localizar las válvulas ISO‐ 85 e ISO‐212.  Una  vez  estén  seleccionados  estos  dos  elementos  haga  click  en  el  botón  Done  cuador de diálogo de la alternativa. 

 para  regeresar  al 

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17.

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En este momento tabla bajo la pestaña “Unidirectional” deberá lucir como se ilustra abajo indicando que  mientras el hidrante H‐42 esté descargando el flujo (Flowing), las válvulas ISO‐85 e ISO‐212 permancerán  cerraddas (Closed). 

  18. 19.

Vaya ahora a la pestaña “Flushing Criteria” y cerciórese que el evento de vaciado unidireccional llamado  “Vaciado en TL‐107” aparezca en el panel derecho.  Antes  de  terminar  marque  la  caja  Compare  velocities  across  prior  scenarios?  de  manera  que  este  resultado se adicione a resultados previos. 

 

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20.

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Cierre esta nueva alternativa de Flushing y no olvide guardar su archivo con los últimos cambios. 

  Creación de un Escenario de Vaciado Unidireccional (UDF)  21. 22. 23.

24. 25.

26.

Una vez configurada la alternativa de Flushing para  UDF deberemos crear el escenario respectivo.  Abra  el  administrador  de  escenario  a  través  del  menú Analysis> Scenarios.  Seleccione  el  escenario  Vaciado  Convencional,  haga  click  derecho  y  del  menú  emergente  seleccione New/Child Scenario. 

Nombre este escenario como V. Unidireccional TL‐ 107.  Haga doble‐click sobre este escenario para abrir el  editor  de  propiedades.  Cambie  la  alternativa  Flushing por Vaciado UDF TL‐107.  A  continuación  haga  que  el  escenario  V.  Unidireccional  TL‐107  sea  el  escenario  activo  oprimiendo el botón Make Current 

. 

    Revisión de los resultados para el Análisis UDF  27.

Ejecute  el  escenario  UDF  activo  presionando  el  botón  Compute  cálculo (Calculation Summary). 

28.

Oprima  el  botón  Zoom  Extents  de  la  barra  de  herramienta  para  visualizar  la  red  en  toda  su  extensión.  Asegúrese  también  que  en  la  ventana  Element  Simbology,  la  codificación  por  color  activa  para  la  categoría Pipe, sea Velocity Maximum Achieved. 

29.  

.  Cierre  el  resumen  ejecutivo  del 

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  30. 31.

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  Haga un acercamiento a la tubería TL‐107 y revise el color según la codificación establecida para  velocidad.  Vaya  al  menú  principal  View>  FlexTables  y  para  abrir  los  resultados  de  este  tipo  de  análisis  seleccione Flushing Report. 

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  Nota:  Luego  del  análisis  UDF  la  velocidad  en  la  línea  TL‐107  para  este  escenario  aunque  se  incrementa  no  aumenta dramáticamente (antes 0.716 m/s) a pesar del cierre de las válvulas. Esto es parcialmente debido a  que la línea está muy distante de la fuente y debido al diámetro de 300 mm de la tubería.  32.

Asegúrese  que  la  codificación  por  color  para  el  elemento  Pipe  sea  nuevamente  Velocity,  y  entonces vaya a Analysis> Flushing Results Browser. 

33.

Verifique las velocidades asociadas con este evento con el botón Flushing Event Results 

. 

 

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Resultados y preguntas    

Tabla de resultados  Según el desarrollo del taller, diligencie la siguiente tabla:      Tubería  Velocity (normal)  (m/s) 

Máxima Velocidad  Alcanzada (m/s)  s/n Flushing Report 

P‐675 

 

 

P‐665 

 

 

P‐455 

 

 

P‐294 

 

 

Flushing 

TL‐107 (Conventional) 

 

 

Flushing 

TL‐107 (UDF) 

 

 

   

Gradiente Hidráulico (Escenario Steady State)    Zona 

Bomba 

Descarga HGL (m) 

Presiones Altas 

PMP‐12 

 

Presiones Intermedias 

PMP‐1 

 

   

Preguntas para Discusión:   Ahora que ha completado este taller, discuta las posibilidades que ofrece el análisis de vaciado (Flushing) y los  conceptos aprendidos en este ejercicio a través de las siguientes preguntas:    1. Qué se podría hacer en este sistema para mejorar las estrategias de vaciado (flushing)?            2. Por  qué  la  velocidad  en  la  línea  P‐103  cambia  tanto  entre  el  análisis  hidráulico  normal  y  el  análisis  con  demandas adicionales de vaciado?         

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  3. Que sé podría hacer para el vaciado de las líneas cortas en los extremos finales (Dead Ends) del sistema  donde no existen Hidrantes?                4. Esperaría usted que la estrategia de vaciado unidireccional (Unidirectional Flushing) sería benéfica para la  línea TL‐107? – Por qué?                5. Bajo la operación de vaciado en H‐16, la velocidad en la línea P‐294 fue muy alta. Qué advertencia  le daría  usted a los operarios que fuera específicamente acertada para esta tubería?