generalidades modelacion hidraulica

II - Generalidades Modelos de Simulación Curso WaterCAD/GEMS

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© 2008 Bentley Systems, Incorporated

Generalidades de la Modelación Hidráulica de Redes de Distribución

2 © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Tipos de SimulacionesDisponibles en WaterCAD/GEMS V8 XM

• Simulación Estado Estático (SS)

• Simulación en Periodo Extendido o Cuasi-Estático (EPS)

• Calidad del Agua (EPS)

– Edad

– Trazado

– Constituyente (Cloro Residual, THM´s, etc.)

• Análisis de Protección Contra Incendio (SS)

• Análisis Elementos Críticos (EPS)

• Optimización (SS)


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Generalidades de la Simulación

• Aproximación a la Realidad

• MODELO = SOFTWARE + INFORMACION

• Recolección y revisión de información toma tiempo

• Ingreso de Datos Topológicos y Operativos

• Decisión si los resultados son razonables

• Aplicar un buen criterio de Ingeniería

INPUT : BASURA → OUTPUT : BASURA


Aplicaciones de la Modelación Hidráulica

• Diseño y Planeación Maestra

• Esquemas Operativos

• Costos de Energía

• Análisis de uso del Agua

• Control en Tiempo Real

• Auditoria y Detección de Fugas (ANC)

• Protección contra Incendios

• Modelación de Calidad del Agua

• Análisis de Vulnerabilidad

• Análisis Transientes y Dispositivos de Protección


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Campos de Interacción

Modelación = Esfuerzo interdisciplinario

Administración y Gestión

Divisiones de Operación y Control

Planeación Estratégica

División Técnica y Proyectos

GIS

División Comercial (Facturación)

Participación Ciudadana


Construcción de Modelos

Fase 1: Construcción topológica

Fase 2: Información de infraestructura

Fase 3: Asignación de elevaciones

Fase 4: Estimación de demandas

Fase 5: Simplificación o esqueletización

Fase 6: Escenarios y alternativas

Fase 7: Ejecución de simulaciones

Fase 8: Calibración

La modelación es un proceso iterativo y en

permanente evolución !!


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Fase 1: Construcción Topológica


Dibujos CAD, Archivos GIS y/o planos en papel

Procesos manuales o automáticos (ModelBuilder)

Determine tuberías a ser incluidas

Identificadores para nodos y conexiones

Verificación en campo

Revisión de conectividad

Involucrar operarios y delineantes

Establezca un protocolo interno para futuras construcciones de modelo

Nunca descarte la Información de Planos de Obra!

Fase 1: Construcción Topológica


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LONGITUDES

• Real – No de punto a punto

• Esquemática vs. A escala (2D / 3D)

• A escala:

– Longitudes automáticamente determinadas

• Esquemático

– Longitudes definidas por el usuario

DIÁMETROS

Diámetros nominales vs. diámetros reales (internos)

Tubería de 6” Clase 50 DI = 6.4” Diámetro interno

Importante para tamaños pequeños y Análisis de Calidad

Fase 2: Información de infraestructura


Fase 3: Asignación de Elevaciones


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• Usadas para convertir gradientes a presiones

• Pueden usarse elevaciones del… – Suelo,

– Tubería ó

– Usuario

• Conservar consistencia.

Si existe información topográfica de calidad, se podrán construir Modelos Digitales de Terreno Fiables !



Convirtiendo línea piezométrica a presiones

548.34’ 57.4 psi

553.84’ 55.0 psi

545.79’ 58.5 psi 545.38’ 58.7 psi

538.32’ 61.8 psi



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• Promedio diario anual actual

• Estudios de Uso de suelo

• Variaciones y picos temporales

• Agua no contabilizada – Pérdidas

• Flujos de incendio

• Proyecciones Futuras



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Balance hídrico

Q suministrado = registrado - incontrolado consumido

Q (inyectado)

Qi (incontrolado)

Qic (incontrolado

consumido)

Qr (registrado)

Qif (fugas)

Qica (ausencia

de contador)

Qice (error contador)

Qical (acometidas

legales)

Qicai (acometidas

Ilegales)

Eficacia de la gestión

Estado de la red

Eficacia de la medida

Control de acometidas

s = Qr

Q

r = Qs

Q= 1

-

Qif

Q

g = Qr

Qs

s = g r

Rendimientos

porcentuales



Estimación de uso del agua

Uso del suelo

Sectorización de la Red

Sistema Comercial

Lecturas medidores

Corrección por agua no contabilizada

Población de Contadores

Curva de Error de los Contadores

Patrones de Consumo



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x1

x2

A1 A2 A3 An

LT

xn

1 2

Esquema y Ecuaciones de Asignación:n

i

Ai

T

iTD Q

L

xLQ

1

1

n

i

Ai

T

iD Q

L

xQ

1

2

FASE I

Establecimiento Relación Acometidas –Líneas (Barrido).

FASE II

Distribución Nodal de Consumos.

MO

NOV

AR

CA

LLOSA

ENSA

RRIA

JOA

QU

IN C

ASEN

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GRAL MIL

LAN ASTRAY

GRAL MILLAN ASTRAY

PORTE

T DE M

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A

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A

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O

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GRAL MIL

LAN ASTRAY

DO

LORES

A

A

A A

A

A

A A

A

A

d

A

A

A

A A

A

N A

A

AA

A

A

A

A N

A

N A

d

A

A Nd

A

N A

ANA A

AN

A

A

A

d

A

A

AN

A

A

AA

AAA

A

dA

N

d

A

N

A

A

d

80 FD

80 U

R

60 UR

100 FD60 U

R

80 F

D

100 FD

125 U

R

60 UR

100

FD

125 UR

60 UR

70 UR

125 UR

125 UR

125 UR

30 P

E

80 UR

80 UR

125 UR

125 UR

125 UR

70 U

R

80 U

R

100 FD

100

FD

80 UR

50 PE

80 UR

100

FD

125 UR

#S

$T$T

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#S

3082

3101

3079 3102 3100309530963078 3103

298231053077

3106

30763108

3110 3002 30053111 30043104

3075 3000311230033114 30273074

29983116 300129973073 3118

209929953119 30253028

29933120 3107302430263071 3109

29783123 30233022

30213113

3070 3047 2969306830183115

3124 30203067296830193117

30503066

3065

33872

3097

3098

3999

42317

45039

1:577

Capa Acometidas

Codificada Q=0N

Codificada Q > 0A

No Datad

CONVENCIONES

ENTORNO GIS: Barrido y Asignación Acometidas

Fase 4: Estimación de demandasAsignación Micro-zonal


• Proyecciones espaciales y temporales de población

• Donde ocurrirá gran crecimiento?

• Donde se ubicarán los grandes consumidores?

• Dotaciones futuras de racionalización de uso

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

Demandamedia

Proyecciones alternativas de demanda

Fase 4: Estimación de demandasProyecciones de Demanda


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Nivel 1 – Simplificación

Rastreo y Remoción de Datos (Data Srubbing).

Nivel 2 – Técnicas Analíticas

Remoción y Acoplamiento de Segmentos en Serie

Recorte de Ramales (Branch Trimming).



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A A

C C

Cual es el Nivel de Esqueletización Deseado?



Aplicaciones que permiten mayor esqueletonización

− Planeamiento maestro

− Estudios regionales de calidad de agua

− Estudios de consumo de energía

− Elaboración de curvas de sistemas

Aplicaciones que requieren mas tuberías.

− Diseño

− Análisis de calidad de agua

− Análisis contra incendios



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NIVEL 1

NIVEL 2

NIVEL 3

NIVEL 4

NIVELES DEESQUELETIZACIÓN

72

73

74

75

76

77

0 5 10 15 20 25

Hours

Pre

ssure

(psi) Skel1

Skel2

Skel3

Skel4

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 5 10 15 20 25

HoursCh

lorin

e R

esid

ua

l (m

g/L

)

Skel1

Skel2

Skel3

Skel4



Escenario Alternativas

- Topología Activa

- Física

- Demanda

- Config. Inicial

- Operacional

- Edad

- Constituyente

- Traza

- Flujo de Incendio

- Costo de Energía

-Transiente**

- PDD

- Extensiones de Usuario

Ciclo de escenarios

Construir modelo(Escenario base)

Calcular escenario

Revisarresultados

Agregar escenario

Editar escenario



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• Escenario = Una Simulación distinta para el mismo modelo.

– Contiene tipo de Simulación.

– Usa datos de las alternativas.

• Alternativas = Grupo de datos.

– Construyen bloques de escenarios.

• Herencia = Construir alternativas y escenarios basados en existentes.

– Add (agregar) = No se heredan datos

– Duplicate (duplicar) = Copia pero no conecta

– Child (Hijo) = Conecta grupo de datos



TIPOS DE SIMULACIÓN

ESTATICA

TopologíaFísica DemandaConf. Inicial

EPS

TopologíaFísicaDemandaConf. InicialCont.lógicosOperacional

CALIDADDE AGUA

TopologíaFísica DemandaConf. Inicial Cont. lógicosOperacional EdadTrazaConstituyente

FLUJO DEINCENDIO

TopologíaFísica DemandaConf. InicialFlujo de incendio

Fase 7: Ejecución de simulaciones

TRANSIENTE

TopologíaFísicaDemandaConf. InicialCont. lógicosTransienteOperacional


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Ajustar las características del modelo hidráulico para representar de la mejor manera su comportamiento real

Fase 8: Calibración

Estaciones de Control Telemandadas

Dispositivos de Medición (Data-Loggers)

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Un paseo por WaterCAD/GEMS V8 XM

DEMO

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