11 Watercad_ Analisis Estatico_mfv (1)

8/17/2019 11 Watercad_ Analisis Estatico_mfv (1)

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CICS – COMPUTACIÓNWaterCad – Ing. Manuel Fernández Vargas

WaterCad - Modelamiento y Análisis 1

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¿QUÉ ES WATERCAD?

WaterCad es una herramienta para diseño y análisis de sistemas complejos de conductos forzados.Su interfaz gráfica facilita el modelamiento de redes, incluyendo accesorios típicos de una red.

Puede usar WaterCad para:

Análisis de sistemas de distribución de agua compuesto por: Tubos, bombas, tanques,válvulas, entre otros.

Simulaciones para analizar el comportamiento del sistema cuando varié la demanda. Simulaciones para determinar la calidad del agua tomando en cuenta las fuentes de agua,

permanencia del agua en la red, persistencia de elementos químicos de desinfección a lolargo de la red.

Análisis de flujo contra incendios en la red, para determinar el comportamiento del sistema encondiciones de emergencia.

Analizar diversas alternativas, considerando escenarios (¿Qué pasaría si..?), en los que setome en cuenta consideraciones hidráulicas, propiedades físicas de los materiales,condiciones de operación, condiciones iniciales de operación, flujo contra incendios, costos,alternativas de calidad de agua, entre otras, mediante un Administrador de Escenarios, que

permite evaluar las diversas alternativas. Hacer análisis de costos de energía de acuerdo a la alternativa planteada. Calibrar su modelo (con la asistencia de Darwin Calibrator) usando algoritmos genéticos. Conectar su modelo a GIS y sistemas SCADA.

EL ENTORNO DE TRABAJO

Existen varios tipos de productos: Como un Add On (de AutoCAD, Micro Station…), en elque se modela la red directamente en la superficie de terreno en la que será construida, conla ventaja de tener acceso directo a las herramientas de dibujo propias del software en el quese instala.

En modo Stand-Alone se interactúa directa y dinámicamente con la red, a la vez que seutilizan menos recursos de hardware, pues no se necesita ejecutar simultáneamente AutoCAD o Microstation. A continuación se muestra el entorno Stand Alone


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Área de modelamiento: Donde se esquematizan los elementos de la red, se editan los datos yse muestran los resultados.

Los menús, las barras de herramientas y las barras de desplazamiento tienen la mismafuncionalidad que en cualquier programa que corren en plataforma Windows.

Panel de Capas de los elementos (Element Symbology):(View Element Symbology)El panel de Capas de símbolos: Muestra una lista loscomponentes del modelo ordenados en capas, con lafuncionalidad de controlar su visibilidad en el panel dedibujo. Existe capas para: Elementos tubos, nudos,hidrantes, tanques, reservorios, bombas, válvulas….

Capas de elementos de segundo plano (BackgroundLayers)View Background LayersPermite controlar la visibilidad de los dibujos asociados

que sirven de referencia al proyecto: Archivos de AutoCAD (DXF), ArcGis (SHP), imágenes… Tiene lafuncionalidad de adicionar, remover, editar los elementosque se asocien al proyecto para su mejor visualización.

La configuración inicial de la presentación puede retomarse usando la secuencia: View Reset WorkSpaces.

Opciones de Cálculo: Analysis Calculation Options. Elegir el método de cálculo para laspérdidas de carga for fricción, haciendo click derecho sobre Base Calculation Options

Para que el método de cálculo determine los parámetros hidráulicos correctos (caudales, presiones,velocidades, gradientes hidráulicas….) es imprescindible que los valores de la rugosidad de los tubosy las propiedades físicas (densidad, viscosidad cinemática) sean los adecuados. Ej. Para tubos dePVC Norma ISO 4422-2007 se tiene:


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ANÁLISIS ESTÁTICO (Steady State)WaterCad permite modelar un sistema a presión mediante un croquis o un dibujo a escala delsistema. Cuando se crea el modelo a partir de un esquema de la red, las longitudes de los tubosse ingresan en forma manual. En cambio cuando se lo hace a partir de un modelo a escala (hecho en AutoCAD o Microstation…), las longitudes y otros parámetros pueden ser tomados automáticamente

del modelo.

EJEMPLO 1: La localidad de La Merced se abastecerá de agua potable desde el manantialMontegrande, en el que se ubicará un reservorio. Debe determinar los parámetros hidráulicos delsistema, tanto en los tubos (caudal, velocidad) como en los nudos (presión). Los datos a considerar yel esquema son los que se muestran a continuación:

Ej. 1. Creando un nuevo PROYECTO: File New

Ej. 2. Configurando el proyecto: Tools Options

PROJECT:

Spatial Reference: Referenciaespacial: Datum, nombre de unlugar.

Formato de identificación: Al crearun elemento se autogenera un IDúnico, que puede ser usado paradistinguirlo del resto. Por otro lado elusuario puede asignarle unaetiqueta para el mismo fin. Enocasiones puede ser más ilustrativoreconocer objetos por la etiquetaasignada (Label Only).

Round Pipe Length: En los procesosde importación puede redondear laslongitudes al valor aquíespecificado


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DRAWING:

Modo de dibujo: A escala (solo si va aimprimir desde WaterCad; lo usual eshacerlo desde otros programas: AutoCAD,

MicroStation). Schematic: Si se estáconstruyendo el modelo en formaesquemática.

Multiplicador de Anotaciones: Paraestablecer el tamaño de los símbolos y lostextos.

Align Text: Si dese alinear los textos conlas tuberías, de otro modo se mostraránhorizontales.

UNITS:

Se elige el sistema de unidades que se

usará en el proyecto. Puede restaurar losvalores predeterminados del S.I

Default Unit System for New Project:Unidades del proyecto. SI: Sistemainternacional. US: sistema inglés.

Configure:Diámetro (Diameter ): milímetrosCaudal (Flow): litros /segundo (2 decimales) Presión (Pressure): Metros columna agua.

Los valores escogidos pueden serguardados /cargados en un archivo.Guarde los valores como: UNIDADES_SI

LABELING:

Forma predeterminada en que seetiquetarán los elementos del modelo.Next: número correlativo.

Los valores elegidos pueden serguardados/cargados desde un archivo.Guardar como: Estilos_etiquetas.

Ej. 3. RESERVORIO: Es un almacenamiento en el que su nivel no seve afectado por el consumo.

Ej. 4. Esquematización del reservorio

Ej. 5. Ingreso de datos del reservorio: haga 2-clic sobre el elemento:Los datos a registrar son:

Label: MONTEGRANDE.

Elevation (de la superficie libre): 2,120


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5 Label Elevation (m) Demand (L/s)A 2,070 20.90

B 2,060 20.90

C 2,052 31.35

D 2,036 31.35

E 2,058 20.90

F 2,040 41.80

G 2,032 10.45

H 2,015 31.35

DATOS - NUDOS

Ej. 6. Los nudos (JOIN), representan la intersección de los tubos. Porsimplificación se asume que concentran las demandas. Se incorporannudos al modelo a través del siguiente ícono:

Ej. 7. Ingreso de propiedades de los nudos. Haga 2-clik en el elemento, los datos a registrar son:

LABEL Etiqueta con la que se identificará al elemento = A DEMAND COLLECTION Colección de Demandas del caudal en el elemento = 20.9 l/seg ELEVATION Cota del nudo = 2070 m.

Ej. 8. Los datos a registrar en los nudos son:

Ej. 9. Los tubos (PIPES) son los elementos por los que discurreel fluido, transportándolo a través del resto de elementos.Se incluyen en el modelo a través del siguiente ícono:

Ej. 10. Ingreso de propiedades de los tubos. Haga 2-clik en el

elemento, los datos a registrar son:

LABEL Etiqueta: que servirá de identificador deltubo.

DIAMETER Diámetro del tubo en mm. Si desea modificar las unidades o el formato, haga

clic derecho sobre la propiedad a modificar y elijaUnits and Formating Aparecerá la ventana en laque puede hacer las modificaciones quecorrespondan:


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Label Diameter (mm) Material Hazen-Wi ll iams C Length (User Defined) (m)

A-B 350 PVC 150 700

A-E 300 PVC 150 500

B-C 300 PVC 150 200

C-D 300 PVC 150 500

C-F 300 PVC 150 400

D-H 300 PVC 150 800

E-F 250 PVC 150 600

F-G 300 PVC 150 400

G-H 300 PVC 150 600

T-ADUCTOR 400 Ductile Iron 140 1,000

DATOS - TUBOS

Material Hierro dúctil (Dúctil Iron)

Hazen – Williams C : Coeficiente de rugosidad de Hazen = 140

Has User Defined Length?. Si el valor es True (verdadero), permite ingresar manualmente lalongitud del tubo, esto se utiliza cuando construye un modelo como croquis.

Length (User Defined) La longitud del aductor: 1000 m

Los datos a registran son:

ANALISIS ESTÁTICO DEL SISTEMA

Ej. 11. Realice un ANALISIS ESTÁTICO del SISTEMA : Análisis Compute


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ETIQUETADO

Una de las formas de mostrar los resultados es colocando los parámetros hidráulicos (velocidad,caudal, presiones…) del sistema sobre el modelo

Ej. 12. Etiquetando el caudal (flow), en los tubos (pipe)

En el panel Element Symbology haga clic derecho sobre Pipe New Annotation

Field Name Parámetro a mostrar = caudal(flow)

Prefix Prefijo = Q Suffix Sufijo = %u (Unidades). Selection Set Conjunto al que se le

aplicará la etiqueta = Todos los elementos (AllElements).

Initial Offset: Permite desplazar la anotaciónhorizontalmente (X Offset) o verticalmente (YOffset).

Heigth Multiplier Controla el tamaño deltexto a etiquetar

Puede modificar cualquier anotación haciendo sobre ella clic derecho Edit

Ej. 13. De modo similar incluya como anotación la velocidad (VELOCITY)

Ej. 14. En cada NUDO, mostrar la demanda (DEMAND) y la presión (PRESSURE):


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REPORTES

Otra de las maneras de mostrar los resultados es mediante reportes de los parámetros hidráulicos(velocidad, caudal, presiones…) de cada uno de los elementos del sistema modelado.

Ej. 15. Obtener un reporte de las tuberías: Report Element Tables Pipe

Opciones de la barra de herramientas de los reportes:

1: Exportar los resultados mostrados a un archivo. 2: Copiar al Portapapeles, desde donde puede ser pegado en otros programas 3: Editar la tabla para mostrar / ocultar columnas 4: Zoom To Posiciona el elemento escogido en el centro del área de modelado.

Ej. 16. Obtenga un reporte de los nudos (junction)


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Label Elevation (m) Demand (L/s)

A 307.03 40.00

B 349.02 40.00

C 341.64 40.00

D 290.19 20.00

E 364.02 20.00

F 318.12 20.00

G 324.27 10.00

H 303.85 -

I 264.89 10.00

DATOS - NUDOS TUBO DIAMETRO (mm) LONGITUD (m) Material Hazen-Williams C

A-B 200 200 PEAD 140

A-D 200 150 PEAD 140B-C 200 100 PEAD 140

B-E 200 150 PEAD 140

C-F 200 150 PEAD 140

D-E 200 200 PEAD 140

D-G 200 150 PEAD 140

E-F 200 100 PEAD 140

E-H 200 150 PEAD 140

F-I 200 150 PEAD 140

G-H 200 200 PEAD 140

H-I 200 100 PEAD 140

T_ADUCTOR 200 200 PEAD 140

DATOS - TUBOS

EJEMPLO 2:

Desde el reservorio RONQUILLO (R), ingresa al sistema un caudal de 200 l/s. Los consumos en los nudos A,B,C son en c/u de ellos el 20% del caudal de ingreso. En los

nudos D,E,F el 10% del caudal de ingreso. En los nudos g, i el 5% del caudal de ingreso.

El tubo de alimentación (RH) tiene un diámetro de 400 mm. Considere para el resto un diámetro de 200 mm Todos los tubos son de POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (PEAD) con C = 140

Ej. 1. Creando un nuevo PROYECTO: File New ProjectEj. 2. Configurando el proyecto: Tools Options


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PROJECT:

UNITS: Cargar el sistema de unidades previamente guardado (______________________)

LABELING:

Forma predeterminada en que seetiquetarán los elementos del modelo.Next: número correlativo.

Cargar (Load) el archivo de estilos deetiquetado previamente guardado_____.

Ej. 3. Esquematización del reservorio

Ej. 4. Ingreso de datos del reservorio: haga 2-clic sobre el elemento:Los datos a registrar son:

Label: RONQUILLO Elevation: 400

Ej. 5. Ingreso de propiedades de los nudos mediante Tablas Flexibles (VIEW FLEX TABLES).Haga clic derecho sobre Tables Shared New Flex Table y elija los datos mostrados


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Label Elevation (m) Demand (L/s)

A 307.03 40.00 B 349.02 40.00

C 341.64 40.00

D 290.19 20.00

E 364.02 20.00

F 318.12 20.00

G 324.27 10.00

H 303.85 -

I 264.89 10.00

DATOS - NUDOS

Ej. 6. Los datos a registrar en los nudos son:

Ej. 7. Digitalizar los tubos (PIPES)

Ej. 8. Creando el material PEAD (Polietileno de Alta Densidad): Components EngineeringLibraries Material Library:

Ej. 9. Ingresando datos de los tubos (PIPES) con una tabla flexible: VIEW FLEX TABLES : TUBOS – INGRESO DE DATOS


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Ej. 10. Los datos a ingresar de los tubos son:

Ej. 11. Haga el análisis estático del sistema

Ej. 12. Etiquete los tubos con: Material, Longitud, Caudal y Velocidad

Ej. 13. Etiquete los nudos con: Elevación, Demanda y Presión

Ej. 14. Diseñe una TABLA FLEXIBLE para mostrar los resultados en los TUBOS:


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Ej. 15. Crear una TABLA FLEXIBLE para mostrar los RESULTADOS en los NUDOS

EXPORTANDO INFORMACIÓN EN FORMATO AUTOCAD:

Ej. 16. Para exportar se utiliza el formato de intercambio de dibujos (DXF). Elija FILE EXPORT DXF. Asigne una ubicación y un nombre al archivo.

Ej. 17. Usando AUTOCAD, puede abrir la información exportada.


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USO DE PROTOTIPOS

Los prototipos permiten establecer los valores predeterminados para cada una de las propiedades delos diferentes componentes de una red (tubos, nudos, bombas, reservorios). Veamos la manera deutilizar prototipos a través del siguiente ejemplo.

EJEMPLO 3

Para el sistema mostrado: Calcular velocidad, caudal en cada tubo y las presiones en cada nudo

EL RESERVORIO ESTA EN LA COTA 2,830

EL CAUDAL DE INGRESO DE 120 LPS

LA TUBERÍA DE ALIMENTACIÓN TIENE UNA LONGITUD DE 500 m, Y UN DIÁMETRO DE250 mm. TODOS LOS TUBOS SON DE PVC

LAS DEMANDA BASE EN TODOS LOS NUDOS ES IGUAL AL 10% DEL CAUDAL DEENTRADA, CON EXCEPCIÓN DEL NUDO B, EN EL QUE LA DEMANDA ES 20%

LAS COTAS DE CADA NUDO SON:

NUDO A B C D E F G H ICOTA 2790 2770 2800 2790 2780 2810 2810 2800 2790

Ej. 1. Crear el material PVC ISO4422, con las propiedades que se indican a continuación( Components Engineering Libraries Material Libraries)


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Ej. 2. Según el enunciado del ejercicio, se tiene para los tubos:Material predominante: PVC – ISO442Diámetro predominante: 150 mm

Ej. 3. Crearemos el prototipo para predeterminar estos valores. View Prototipes. En el ítemcorrespondiente a Pipe, crear el prototipo que se muestra:

Ej. 4. Con clic derecho sobre el prototipo creado, modificar las propiedades de modo quecorrespondan a las características predominantes ya determinadas:

Ej. 5. Para que los tubos se implementen con este prototipo, haga clic derecho sobre el mismo yelija la opción: Make Current.

Ej. 6. En este ejemplo, para los nudos se tiene una demanda predominante Demand Collection

= 12 l/s.

Ej. 7. Predetermine el prototipo creado (Make Current)

Ej. 8. Al incluir en el ejercicio los elementos tipo nudo y tubo, estos deben tener los parámetrospreviamente determinados en su respectivo prototipo.

Ej. 9. Ejecutar un análisis estático del sistema


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Ej. 10. Resultados en los nudos

Ej. 11. Resultados en los tubos:


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PATRONES DE COLORES

Es usual tener restricciones en diversos parámetros hidráulicos de los sistemas de tuberías que sediseñan, de acuerdo a la reglamentación propia de la zona en la que se ubica el proyecto. Así porejemplo: Las presiones en los nudos no deben ser menores a 10 mca ni mayores a 50 mca.

La velocidad en las tuberías deben estar en el rango de 0.50 m/s – 5 m/s.

En sistemas complejos, es difícil distinguir cuales nudos o cuales tuberías no cumplen con lasrestricciones impuestas. En este caso se usan con ventaja los PATRONES DE COLORES (ColorCodding), cuya utilidad consiste en asignar colores a los elementos de un sistema, de acuerdo a losvalores de presión, caudal, velocidad, … que se encuentran en un determinado rango de valores.EJEMPLO 4:

T E M A 2 :

D

I S E Ñ A R L O S D I Á ME T R O S D E L S I S T E M A D E M OD

O Q UE L A P R E S I Ó NE N T OD O S L O S

N

UD O S S E A M A Y O R A 1 0 m . c . a . Y L A S V E L O C I D A D E S E NL O S T UB O S E S T É NE N U N

R

A N G OD E 0 . 5 0 m / s e g Y 5 m / s e g

M A T E R I A L : _ _ _ _ _ _ _

R E S UL T A D O S

D A T O S :

E J E MP L O4

P I L E T A

ME R CA

D O

E S C U E L A


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No existe solución única para implementar el sistema. Como primer intento se puede modelar elsistema con el diámetro más pequeño (a fin de minimizar costos) e ir cambiándolos para cumplir conlas restricciones exigidas.

Ej. 1. Ingrese de datos en los nudos:Ej. 2. Ingrese de datos en los tubos:

Ej. 3. Ejecute el cálculo estáticoEj. 4. Reporte de presiones negativas

Ej. 5. Creando un patrón de colores para la presión en los nudos

Ej. 6. Descripción de las opciones de COLOR CODDING botones

Ej. 7. Para insertar /remover una leyenda de códigos de colores Haga clic derecho sobre elpatrón de colores creado y escoja la opción Insert Legend / Remove Legend


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Ej. 8. El color codding permite ver los nodos con un color y tamaño de acuerdo a la presión en losmismos.

Ej. 9. Patrón de colores para la velocidades en los Tubos

Ej. 10. Leyenda para velocidades


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Ej. 11. A continuación se muestra una propuesta de solución

CONTORNOS(VIEW CONTOURS)

Puede crear contornos (curvas) en base a cualquier propiedad de un elemeno del Sistema, así porejemplo: curvas de nivel (elevaciones), isóbaras (presión) …..

Initialize: inicializa los valores máximo y mínimode acuerdo al parámetro elegido

Increment : incremento para lo que serían las“curvas menores”

Index increment: Un múltiplo del valor anterior eindica cómo se representaría a las “curvasmayores”.

Smooth Curvas: suavizado de curvas Line Weigth : ancho de línea Label height: Tamaño de la etiqueta.


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PERFILES(VIEW PROFILES)

Los perfiles también se pueden construir en base a parámetros como la gradiente hidráulica,elevaciones…

Ej. 1. Una de las formas de crear un perfil, es seleccionar una tubería, hacer click derecho yescoger la opción Create Profile

Ej. 2. Para este ejemplo escogemos visualizar los siguiente parámetros en común (entre el

reservorio y el nudo A): Gradiente hidráulica y presión

Ej. 3. El perfil creado se muestra como:

Ej. 4. Los perfiles creados, puede verse en View Profiles


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WATERCAD - AUTOCAD

El WaterCad se comercializa en su versión STAND ALONE o como asociada a otros programas, eneste caso AUTOCAD.

La ventaja de modelar redes en el entorno de AUTOCAD, es la de poder aprovechar la precisión que

brinda este programa en la construcción de modelos. La desventaja radica en que se necesitamayores recursos de hardware, que con la opción STAND ALONE.

Veamos una propuesta del modelamiento en este entorno:

Ej. 1. Crear un nuevo dibujo con una plantilla métrica (NEW PLANTILLA : ACADISO)Ej. 2. EL PANEL Layout (WATERCAD)

Ej. 3. Dibuje una tubería cualquiera y modifique las propiedades de modo que:

Diámetro : 250 mm Material : PVC Has User Defined Length ? : False


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Ej. 4. Seleccione la tubería , haga clic derecho y elija la opción CREATE PROTOTYPE

Ej. 5. En el menú LAYOUT (WaterCAD), con el botón PROTOTYPE puede ver y predeterminar(Make Current) el prototipo creado

Ej. 6.

Ej. 7. Seleccione un NUDO y modifique la demanda a 40 l/s y la elevación a 1000m

Ej. 8. De la misma forma, seleccionando un nudo, con clic derecho puede crea el prototipo:

Ej. 9. En el menú LAYOUT (WaterCAD), con el botón PROTOTYPE puede ver y predeterminar(Make Current) el prototipo creado

Ej. 10. Elimine los elementos (nudos y tubería) que sirvieron para la creación de prototipos.

Ej. 11. Dibuje con líneas o polilíneas la ubicación real de las tuberías


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Ej. 12. En el menú LAYOUT (WaterCAD, con la opción PIPE, bosqueje el sistema:

Ej. 13. Reemplace el nudo en el que debe estar el reservorio por un elemento de este tipo. A lapregunta: si desea cambiar el nudo por reservorio responda que SI

Ej. 14. Guarde el modelo como EJEMPLO_CAD. Los archivos generados son:

Ej. 15. El modelamiento hidráulico, puede continuarse en este entorno o en el entorno STAND ALONE, abriendo el archivo de WaterCAD generado.

Ej. 16. Para visualizar mejor los elementos, con Tools Options Drawing, puede cambiar elmultiplicador para símbolos y texto con un valor apropiado (ej: 5)

Ej. 17. Puede comprobar que ya no es necesario ingresar las longitudes de los tubos:


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Ej. 18. A

Ej. 19.

Ej. 20. En cada NUDO, mostrar la demanda y la presión:


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Para este primer ejemplo a desarrollar, se modelará y analizará la red mostrada, utilizando las dosmodalidades: Para una parte se tomará un dibujo a escala, mientras que otra parte será modelada a

partir de un esquema, de modo que se requerirá el ingreso manual de longitudes.

En este modelo teórico, se simula una ampliación de red existente, mediante un reservorio (R-1), quese conecta a una bomba (PMP-1), a través de una tubería (P-1), desde la cual se proporciona flujo alsistema. Simplificando la red de esta manera, se puede aproximar el cálculo de las presiones queserán suministradas al sistema al conectarse bajo un rango de demandas. Los elementos de la red,

se etiquetan automáticamente conforme se van creando: P-1, P-2,P-3...P10: Tubos (Pipes) J1, J2, J3...J6: Empalme de tubos

(Junction) R-1: Reservorio T-1: Tanque (Tank)

1.- CREANDO UN PROYECTO

Ej. 1. Elija un nuevo dibujo. Se da la posibilidad deespecificar la configuración del proyecto. Elija SI(Yes)


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2.- ESQUEMATIZANDO LA RED (LAYOUT)

Ej. 2. En Background Layers, utilice el botón Insert, para insertar el dibujode intercambio de AutoCAD :CICS_LECCION1.DXF

Ej. 3. Utilice los siguientes parámetros de inserción para el dibujo de referencia:

Ej. 4. Con el botón de Zoom Extents, puede visualizar eldibujo que servirá de referencia para laesquematización de la red.

Ej. 5. Ubicando el reservorio R-1: Elija de la barra WaterCad Layout , el botón correspondiente a

Reservorio e insértelo un punto semejante al mostrado en el esquema


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Nota: Si el tamaño del símbolo no es el apropiado, puede utilizar Tools Options Drawingpara modificar el factor de visualización tanto para símbolos como para anotaciones.

Ej. 6. De modo semejante ubique la bomba (PUMP) : PMP-1

Ej. 7. Incluya la válvula reductora de presiónPRV-1 , en el modelo

Ej. 8. En forma análoga esquematice las uniones (Joins): J-1, J-2, .. J-6

Ej. 9. Esquematice el tanque


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Ej. 10. Esquematizar las tuberías (Pipe) P-1, P-2, ... P-10 :

3.- INGRESANDO INFORMACIÓN PARA LOS ELEMENTOS DEL MODELO

Hay muchas maneras de acceder a las propiedades de un accesorio, la forma más directa eshacerle un 2-clic.

Ej. 11. DATOS PARA EL RESERVORIO: Haga un doble clic sobre el reservorio R-1 y elija la etiquetaGeneral. Asigne la elevación correspondiente. Puede acceder al administrador de zonas,haciendo clic en el botón mostrado en el esquema siguiente:

Ej. 12. DATOS PARA EL TANQUE:


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Haga doble clic en el Tanque T-1 y elija la etiquetaGeneral

En la etiqueta Section, llenar los parámetros relacionados con la geometría del tanque elevado.Para el ejercicio ingrese los valores mostrados:


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Ej. 13. DATOS PARA LA BOMBA PMP-1

(a)

(b) Clic en Add, para definir las características de la bomba a utilizar. Considere colocar comonombre que recuerde el tipo de bomba que esta definiendo.

(c) Elija como Head definition: Standar (3 point). Luego haga clic derecho en Design y escojaDesign Propierties para cambiar de unidades a litros por minuto


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Las características acá señaladas, son las que seespecifican en el gráfico siguiente

Ej. 14. Definición de la válvula reductora de presión:

Elevation: Cota de la válvula. Diameter: Diámetro de la válvula. Minor Loss Elements : Pérdidas locales

por elementos como codos, uniones , … Settings: La configuración de la válvula

puede hacerse por gradiente opresiones, en este caso, aguas debajode la bomba, la presión no excederá de390 Kilo pascales = 39.77 mca.


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Ej. 15. LOS DATOS PARA LAS UNIONES (JOINS) SE MUESTRAN EN EL CUADRO ADJUNTO:

GENERAL DEMANDUNION

(Junction)ELEVATION

(m)ZONE

DEMAND(l/min)

J-1 184 Zona1 38

J-2 185 Zona1 31J-3 184 Zona1 34J-4 183 Zona1 38J-5 185.5 Zona1 350J-6 165 Zona1 356

TOTAL 847 l/min

Nota: Puede modificar las unidadesde caudal (Flow), haga clic derechoen donde debe ingresar la demanda

y escoja Base Flow Properties

Ej Los datos para la junta 1 (J-1), para elevación y demanda se muestran a continuación:

Ej. 16. Puede reportar los datos ingresados: Report Tables Junction Report:

Ej. 17. A continuación especificaremos longitudes para los tubos: P-1: Que une el reservorio R-1 con la bomba PMP-1, como ambos son usados para

simular la conexión a un sistema existente, tiene una ubicación ficticia y nos interesa


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asignarles una longitud mínima para minimizar en este tramo las pérdidas de carga, razónpor la cual se asigna además un diámetro de 1,000 mm.

P-7, P-8, P-9, P-10 : Tanto los nudos J-5, J-6, como el reservorio R-1, tienen tambiénuna posición aproximada y representan la conexión con la red existente. Por lo tanto suslongitudes deberán ser especificadas.

A manera de ejemplo se muestra el ingreso de datos para P-1

Datos de los tubos:

TUBO MATERIAL DI METRO(mm)

Longitud definidaPor el usuario (m)

P-1 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 1000 0.01P-2 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 150 50.50P-3 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 150 555.50P-4 PVC 150 336.50

P-5 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 150 521.50P-6 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 150 343.50P-7 PVC 150 400P-8 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 150 500P-9 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 150 31P-10 Dúctil Iron (Hierro dúctil) 150 100

Una manera alternativa de ingresar/editar lainformación ingresada es elegir, el ícono deReportes Tabulares (Flex Tables), en la barra deherramientas mostrada:

Elija Pipe Report:, se mostrará unatabla en la que puede editar laspropiedades asignadas a cada tubo,en una ventana similar una hoja decálculo.Las celdas sombreadas (amarillo) noson editables.

Haciendo clic derecho sobre el título de cualquiercolumna, puede ordenar (Sort), puede ordenar lainformación que aparece en la columna


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De manera semejante puede reportar los valores asignados a los nudos (Junction), tanques,válvulas, reservorios.

4.- ANÁLISIS DE ESTÁTICO DE LA RED

Un análisis ESTÁTICO (Steady-State), difiere de un análisis de DINÁMICO (Extended Period) enque no se consideran patrones de demanda. Para hacer un análisis Steady-State, haga clic en el botón GO, con lo que se accederá a

la ventana Scenario: Base, Steady-State

Haga clic en el botón de GO, de esta caja de diálogo para analizar el modelo. Cuandolos cálculos se hayan completado, se mostrarán en el Tab Results :

Asegúrese de quetiene marcada estaopción


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Revise los resúmenes mostrados para tener una idea de los resultados obtenidos. Si elTab Results, tiene color:

o Verde: Cálculo realizado en forma satisfactoria.o Amarillo: Indica Advertencia (Warning).o Rojo: Falla en el cálculo (Failure)

Al hacer 2-clic en la bomba, puede ver el caudal suministrado (Flow Supplied): 1,238l/min.

Recuerde que del análisis de las demandas en los nudos el caudal demandado (FlowDemanded) era de : 847 l/min.

5.- ETIQUETANDO LOS ELEMENTOS DE LA RED

Al hacer un modelamiento y análisis de la red, se pueden ver enel panel de dibujo, diversos elementos: Etiquetas, anotaciones,Flechas de flujo, símbolos de control, anotaciones gráficas…

Su visualización en el panel de dibujo depende de la activacióno no de la caja de chequeo correspondiente en la respectivacapa del proyecto

Mientras que su tamaño se controla a través de factores(multipliers) los que se pueden modificar mediante Tools Options Drawing :

ETIQUETAS (LABELS) : Permiten identificar a un elemento dentro de la red:


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Así tenemos por ejemplo que: Los reservorios son etiquetados (label) como R-1, R-2 … Las tuberías (Pipes) como: P-1, P-2, …. Las bombas (Pump) como : PMP-1, PMP-2… Los nudos o uniones (Join) como: J-1, J-2 …..

FLECHAS DE DIRECCIÓN DE FLUJO (Flow Arrow) :Indican la dirección del flujo en la red:

ANOTACIONES (ANNOTATION) : Para cada electo de la red, puede mostraranotaciones referidas a: caudales, presiones, materiales, y otros parámetros relacionadoscon las características de la red.Las anotaciones se diseñan mediante un asistente, para lo elija Tools Element Annotation o hacer click en el ícono mostrado:

Ej. Diseñando anotaciones para Tubos (Pressure Pipe): Tome en cuenta que

el check, controla la visibilidad de la anotación, por lo que se recomienda que elijael tipo de elemento cuya anotación va a configurar. Posteriormente puedeseleccionar otros previamente configurados y hacer click directamente en el botónFinish:

Configure la anotación y elija los elementos a los que se les asociará lasanotaciones: Todos, o un conjunto de selección (Selection Set).

Attributes: Atributo o propiedad del elemento: Longitud, Velocidad, Área,caudal ….

Mask: Estilo de la anotación. Consta de Prefijo: L=, Velocidad = … yParámetros reemplazables: %v (Valor del atributo), %u (unidad).


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Los botones de Insert y Delete, insertan o eliminan atributos, Puedereordenar los atributos usando las flechas ubicadas en la parte inferiorderecha de esta ventana

Haga clic en Next.

Se mostrará un resumen de las opciones de escogidas para la anotación.

Se mostrarán las anotaciones según el estilo diseñado y para los elementos quehaya elegido.

Nota: Puede mover las anotaciones arrastrándolas con el Mouse, para unamejor visibilidad, pero puede realizar esta operación en programas como AutoCAD, después de hacer la exportación respectiva.

Ej. Diseñando anotaciones para Uniones (Pressure Junction). Elija el tipo deelemento para el que va a diseñar las anotaciones: Pressure Junction y haga clicken el botón Next.


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Configure la anotación y elija los elementos a los que se les asociará lasanotaciones: Todos, o un conjunto de selección (Selection Set).

Attributes: Caudal demandado en el nudo (Demand calculated)

Haga clic en Next.

Se mostrará un resumen de las opciones de escogidas para la anotación.

Se mostrarán las anotaciones según el estilo diseñado y para los elementos quehaya elegido.

Nota: En la pantalla inicial del asistente, cada check, controla la visibilidad de lasanotaciones. Para visualizar las previamente configuradas, seleccione la caja de

chequeo correspondiente y haga click directamente en el botón FINISH.


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6.- REPORTES BÁSICOS DE ANÁLISIS DE LA RED

En acápites posteriores, aprenderemos a personalizar los reportes, por el momento, hagamosuso de los reportes predeterminados disponibles:

INVENTARIO DEL PROYECTO (Report Project Inventory) :

Tabla de Tuberías (Report Tables Pipe Report: )


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Reporte de Tabla de uniones (Report Table Junction Report)

7.- EXPORTANDO INFORMACIÓN A AUTOCAD

El intercambio de información con AutoCAD se hace vía archivos DXF (Drawing ExchangeFormat). Para exportar el modelo a AutoCAD elija File Export DXF file


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PRACTICA:


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8.- IMPORTANDO – EXPORTANDO INFORMACIÓN : WaterCad – AutoCAD

En acápites anteriores, aprendimos como analizar una rede en base a croquis. Aprenderemoscomo se pueden tomar planos de AutoCAD, para modelar una red, con la ventaja de quepropiedades como la longitud de los tubos, no tenga que ser ingresada, sino tomadadirectamente de los planos de AutoCAD:

Ej. 1. CREANDO Y CONFIGURANDO EL MODELO: Crear un nuevo modelo en WaterCad con lainformación que se muestra a continuación

(1) (2)

(3)

Ej. 2. CONFIGURANDO UNA TUBERÍA COMO PREDETERMINADA: Asumiremos que la tubería ausaren la red es de Asbesto Cemento Rugoso (C = 110), y se tiene un diámetro predominante de90 mm. Crearemos este material y lo configuraremos como tipo de tubería predeterminada:

Click


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Ej. 3. Elija como diámetro predeterminado 90 mm y haga clic en (…) para crear el material: AsbestoCemento Rugoso (C = 110)

Ej. 4. Ubique en LABEL: Asbesto Cemento y haga clic en el botón Duplicate. Se genera un nuevotipo bajo la denominación de Copy of Asbestos Cemento, escójalo y haga click en el botón Edit ycambie las propiedades de este nuevo material, tal como se muestra en el siguiente gráfico:

Ej. 5. IMPORTANDO TUBOS DE UN DIBUJO DE AUTOCAD: Recuerde que los archivos que seusan para el intercambio de información tienen formato DXF. Escoja File Import Polyline toPipe. El archivo a importar en CICS_EJ2.DXF


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Ej. 6. Ha continuación se explican los principales parámetros de importación:

Tolerance: Si por error se han dibujado líneas o polilíneas, que representantuberías, pero que no comparten vértices, se puede asumir una longitud mínimade tolerancia, en este caso 0.50 m, en el que el programa asume que existe unaunión (junction).

Wich DXF entintes would like convert to pipes?: Puede representar los tubosen AutoCAD como líneas, polilíneas o ambas, elija a partir de que objetos se harála conversión a tuberías (pipes).

Wath would you like to do if a node cannot . .? En algunos casos se puedetener un extreme de un tubo que no se tenga conexión con otro, en este caso quedesea colocar en el extremo libre: Una junta (junction), una tanque …. O de lo

contrario, no considerar a la polilínea como un tubo y revisar esta geometríadespués.

En caso de que no haya dibujado correctamente (en forma independiente),tuberías en “T”, puede unir o no las tuberías en la intersección.


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En este paso, seleccione, las capas del dibujo de AutoCAD que contengan loselementos que representan tubos:

Finalmente obtendrá un resumen del proceso de importación:

Ej. 7. Escoja: Tools Options Drawing, para elegirun multiplicador adecuado para símbolos y textos.

Ej. 8. Digitalizando el reservorio:

En la junta 7 existe un reservorio

Elija el icono de reservorio y ubíquelo sobre J-7Obtendrá el mensaje:

Que le advierte que va cambiar el tipo de elemento:


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El reservorio se encuentra en la cota: 3,520

Ej. 9. Ingreso de datos de los tubos mediante una Tabla:

Elija Report Tables Table Managment New

Table Type: Elemento a que se orienta la

tabla: Pressure Pipes.

Description: Descripción de la Tabla.

Escoja los campos que desea visualizar en la tabla:

Con un click derecho en una título de columna, puede ordenar (sort), filtrar (filter)… lainformación mostrada en la tabla. Note que los campos sombreados con amarillo no soneditables.


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En este caso, al haber tomado la geometría desde un documento de AutoCAD, se tienenlas longitudes reales de las tuberías. Note también que al haber predeterminado un tipode tubo, todos los tubos del toman como predeterminado tanto el material como eldiámetro.

Los datos de esta tabla pueden ser exportados a formato de texto: File Export Data.

Ej. 10. Ingreso de datos de las juntas (junctions) mediante una Tabla

Elija Report Tables Table Managment New

Table Type: Elemento a que se orienta latabla.

Description: Descripción de la Tabla.

Escoja los campos a editar

Table Type: Elemento a que se orienta la tabla: Pressure Junction


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Ingreso los datos comos e muestran a continuación

Ej. 11. Haga un análisis del comportamiento estático de la Red.

Ej. 12. Configurar las anotaciones para los tubos

Nota: Discharge Absolute Value, da los caudales en valor absoluto, sin considerar ladirección del flujo

Ej. 13. Configurar las anotaciones para las juntas (Junction):

Ej. 14. Diseñe un reporte de tuberías: Elija Report Tables Table Management New


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51 Ej. 15. Diseñe un reporte de juntas (Junctions): Table


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Ej. 16. APLICANDO PATRONES DE COLOR A LOS TUBERÍAS: Resulta útil poder identificarelementos de la red que tengan algún parámetro (velocidad, presión ..), dentro de un rango devalores a través de un color. Esto se puede hacer a través: Tools COLOR CODING

Vamos a identificar a través de colores, las tuberías que se encuentran en un rango de velocidades:

- Elija la etiqueta Link.- Escoja el Atributo: Velocidad.- Haga Clic en Calculate Range, para

que determine los valores máximosy mínimos del atributo, dentro de lared.

- Puede generar automáticamenterangos usando el botón Initialize.Los rangos generados soncompletamente editables, tanto ensu valor como en el color

Puede incluir una leyenda para identificar de manera más clara los elementos a través de colores

Nota: para quitar la codificación decolores elija como atributo: None


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Ej. 17. Aplicando patrones de colores a las juntas tomando como atributo la Presión:


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Ej. 18. Exportar el modelo a AutoCAD (File Export DXF file) y compruebe que se exporta elmodelo, con la codificación de colores y su respectiva leyenda.

Ej. 19. MAP CONTOURS: Puede generar contornos, con atributos como presiones, elevaciones…, elija Tools Contouring

- Elija como atributo para contour :Pressure (presión).

- Haga clic en initialize, para inicializarlos valores mínimo, máximo.

- Increment: Está referido a la“equidistancia” del contorno.

- Index Increment: Debe ser un múltiplodel anterior e indica que contornos van aser resaltados, con respecto al resto.

- El color puede ser por índice (index),en este caso solo dibujará los contornoscon dos colores: Uno para los contornos

comunes y el otro para los resaltados.- El color también puede ser por rangos(Range), en este caso puede inicializarel rango

Como podrá observar, también es factible, crear leyendas y exportar el resultado a AUTOCAD


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Ej. 20. Generar contornos en base a las elevaciones, usando la siguiente configuración:


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PRACTICA

Ejercicio Nº 1

Ej. 1. CREANDO Y CONFIGURANDO EL MODELO: Crear un nuevo modelo en WaterCad con lainformación que se muestra a continuación

Método cálculo para perdidas por fricción: Hazen-Williams Liquido a conducir: Agua a 20 ºC Niveles en los Tanques: Por Elevaciones. Redondeo de longitudes de tubo: 0.01 m Escala del Dibujo: Horizontal 1mm= 1000 mm. Vertical: 1 mm= 100 mm.

Ej. 2. TUBERÍA PREDETERMINADA: La tubería a usar en lared es mayoritariamente de PVC (C = 150), y se tiene undiámetro predominante de 250 mm.:

Ej. 3. IMPORTAR LOS TUBOS AL MODELO (File Import Polyline to Pipe)

Cada unidad de dibujo representa 1 m. Las tuberías han sido digitalizadas como polilíneas en la capa TUBERÍA.

Ej. 4. Escoja: Tools Options Drawing, para elegirun multiplicador adecuado para símbolos y textos.


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Ej. 5. Reemplace la junta J-2 por un reservorio cuya cota es 2,780 m

Ej. 6. Ingresar información de los tubos y juntas

Ej. 7. Haga un análisis del comportamiento estático de la Red.

Ej. 8. Configurar las anotaciones para los tubos


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Ej. 9. Configurar las anotaciones para las juntas (Junction):

Ej. 10. Obtenga una impresión preliminar de las tuberías:

Ej. 11. Obtenga un reporte preliminar de juntas (Junctions)

Ej. 12. Diseñe un patrón de colores para las tuberías tomando como atributo la velocidad. Incluyauna leyenda y exporte a AutoCAD

Ej. 13. Diseñe un patrón de colores para las tuberías tomando como atributo el caudal (discharge).Incluya una leyenda y exporte a AutoCAD


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Ej. 14. Diseñe un patrón de colores para las juntas (junctions) tomando como atributo la presión(pressure). Incluya una leyenda y exporte a AutoCAD

Ej. 15. Generar contornos, con presiones, incluya una leyenda y exporte a AutoCADEj. 16. Generar contornos, con presiones. Incluya una leyenda y exporte a AutoCADEj. 17. Genere contornos en base a las elevaciones. Incluya una leyenda y exporte a AutoCAD.

Ejercicio Nº 2

Modelar la red, mostrada en los siguientes esquemas, siguiendo los pasos del ejercicio anterior.

Esquema: COTAS – DEMANDAS

Esquema: DIAMETRO – LONGITUD - MATERIAL

11 Watercad_ Analisis Estatico_mfv (1)

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