MANUAL DEL WATERCAD
March 22, 2017 | Author: Jose Maximo Fernandez Vilela | Category: N/A
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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
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 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
Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución usando WaterCAD/GEMS
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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
Modelación y Diseño de Sistemas de Distribución usando WaterCAD/GEMS
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Construyendo una Red incluyendo Bombas Tanques y Válvulas
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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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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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Construcción Automática de Modelos usando ModelBuilder
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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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Construcción Automática de Modelos usando ModelBuilder
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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10.
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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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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Importación de Elevaciones usando TRex
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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)
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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.
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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.
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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.
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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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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
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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)?
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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11. 12. 13.
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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.
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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”.
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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.
Análisis Automatizado de Flujo de Incendio
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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
Análisis Automatizado de Flujo de Incendio
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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.
Análisis Automatizado de Flujo de Incendio
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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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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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9.
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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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9.
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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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Simulaciones en Periodo Extendido y Análisis de Costos de Energía
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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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Simulaciones en Periodo Extendido y 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
Simulaciones en Periodo Extendido y Análisis de Costos de Energía
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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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Simulaciones en Periodo Extendido y Análisis de Costos de Energía
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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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Simulaciones en Periodo Extendido y Análisis de Costos de Energía
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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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Simulaciones en Periodo Extendido y Análisis de Costos de Energía
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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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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)
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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.
Diseño Optimizado de un Red
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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.
Diseño Optimizado de un Red
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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
Diseño Optimizado de un Red
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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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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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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.
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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).
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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:
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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:
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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
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En el panel derecho oprima el botón Initialize Valor 0.03 0.30 0.90 1.50 6.10
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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.
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Haga click en el botón Apply y luego en OK.
Definición de un Conjunto de Selección (Selection Set) para el Sistema de Hidrantes 18.
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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.
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Ejecución de un Análisis de Vaciado Convencional (Conventional Flushing) Configuración de una Alternativa de Vaciado (Flushing) 21. 22. 23.
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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)
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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:
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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).
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Configuración de Opciones de Cálculo para Análisis de Vaciado 32.
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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.
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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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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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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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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:
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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.
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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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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.
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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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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
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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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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).
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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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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.
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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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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?
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