Manual Epanet

Embed Size (px)

Citation preview

ManualdelUsuar i o Grupo REDHISP Inst. Ingeniera del Agua y M.A. Universidad Politcnica de ValenciaOctubre 2002G Gr ru up po o R RE ED DH HI IS SP P ii Versin publicada en30/10/2002 iii EPANET 2 MANUAL DEL USUARIO por Lewis A. Rossman Water Supply and Water Resources Division National Risk Management Research Laboratory U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY Cincinnati, OH45268 iv Traduccin al espaol: Fernando Martnez Alzamora Grupo REDHISP. Inst. Ingeniera del Agua y M.A. Universidad Politcnica de Valencia (Espaa) Financiacin: Grupo Aguas de ValenciaG.V. Marqus del Turia, 19 46005 - Valencia Ttulo original: EPANET 2 USERS MANUAL EPA/600/R-00/057September 2000 NATIONAL RISK MANAGEMENT RESEARCH LABORATORY OFFICE OF RESEARCH AND DEVELOPMENT U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY CINCINATTI, OH 45268, USA Ninguna parte de este libro puede ser reproducida, grabada en sistema de almacenamiento o transmitida en forma alguna ni por cualquier procedimiento, ya sea electrnico, mecnico, reprogrfico, magntico o cualquier otro, sin autorizacin previa y por escrito, tanto del autor, de Aguas de Valencia, como de Librera Politcnica. Copyright versin espaola: Fernando Martnez Grupo de Redes Hidrulicas y Sistemas a Presin (REDHISP) Instituto de Ingeniera del Agua y Medio Ambiente Universidad Politcnica de Valencia (Espaa) I.S.B.N. :84- Depsito Legal: G Gr ru up po o R RE ED DH HI IS SP P v DESCARGOS Lainformacincontenidaenestedocumentohasidofinanciada totalmente o en parte por la Agencia del Medio Ambiente de EEUU (U.S. EnvironmentalProtectionAgency-EPA).Haestadosometidaauna revisintcnicayadministrativaporpartedelaAgencia,habiendosido aprobadaparasupublicacincomoundocumentodelaEPA.La mencindemarcasregistradasoproductoscomercialesnopresuponeel apoyo a los mismos o la recomendacin de su uso. Aunqueseharealizadounnotableesfuerzoparaasegurarquelos resultadosobtenidosconlosprogramasdescritosenestemanualsean correctos, stos no dejan de ser experimentales. Por consiguiente, el autor ylaU.S.EnvironmentalProtectionAgencynoseresponsabilizanni asumen obligacin alguna en relacin alos resultados obtenidos con los programasoelusoquesehagadelosmismos,nitampocoporlos perjuiciosolitigiosquepudieranderivarsedelusodeestosprogramas con cualquier fin. vi vii PRLOGO A LA EDICIN ORIGINAL La Agencia para la Proteccin del Medio Ambiente de EEUU (U.S. Environmental Protection Agency)tienelamisin,porencargodelCongreso,deprotegerelsuelo,laatmsferaylos recursoshdricosde lanacin.Bajo elmandatode lasleyes nacionalespara la conservacin del medio ambiente, la Agenciase esfuerza en proponer y llevar a cabo actuaciones dirigidas ahacercompatibleelequilibrioentrelasactividadeshumanasylacapacidaddelmedio naturalparamanteneryprocurar lavida.Alobjetodecumplirestecometido, losprogramas deinvestigacindelaEPAestndirigidosaproporcionarlosdatosyelsoportetcnico requeridopararesolverlosproblemasmedioambientalesdehoyenda,yconstruirunabase deconocimientosslidaquepermitagestionarprudentementenuestrosrecursosecolgicos, comprender cmo la contaminacin puede afectar a la salud, y prevenir o reducir los riesgos medioambientales en el futuro. ElLaboratoriodeInvestigacinNacionalparalaGestindeRiesgos(NationalRisk Management Research Laboratory) es un Centro de la Agencia dedicado a la investigacin de procedimientostcnicosydegestin,orientadosareducirlosriesgosqueamenazanala saludhumanayalmedioambiente.Elprincipalobjetivodelosprogramasdeinvestigacin que tiene en marcha el Laboratorio se centra en el desarrollo de mtodos para la prevencin y control de la contaminacin del aire, del suelo, del agua y de los recursos sub-superficiales; a laproteccindelacalidaddelaguaenlosabastecimientospblicos;alarecuperacinde zonasyacuferos contaminados;yalaprevencinycontrol de la contaminacindelaireen recintosinteriores.Elpropsitodetodoesteesfuerzodeinvestigacinescatalizarel desarrolloeimplantacindetecnologasmedioambientalesinnovadorasyeconmicamente justificables;obtenerlainformacincientficaeingenierilrequeridaporlaEPAparaavalar laspropuestasdenormativasyplanesdeactuacin;yfinalmenteproporcionarelsoporte tcnicoylatransferenciadeinformacinrequeridaparaasegurarunaimplantacinefectivade las estrategias y normativas medioambientales Alobjetodesatisfacerlosrequerimientosdelasnormativas,ascomolosdeseosdelos usuarios,lascompaasquegestionanlosserviciosdeaguahanmanifestadounanecesidad crecienteporcomprendermejorelavanceylastransformacionesqueexperimentaelagua tratada,cuandoseintroduceenlasredesdedistribucin.EPANETesunmodelode simulacinporcomputadorqueayudaacumpliresteobjetivo.Prediceelcomportamiento hidrulico y de la calidad del agua en un sistema de distribucin de agua durante periodos de operacinprolongados.Estemanualdescribeelmanejodeunaversindelprograma recientemente revisada, la cual incorpora numerosas mejoras introducidas durante los ltimos aos. E. Timothy Oppelt Director del National Risk Management Research Laboratory viii ix PRLOGO A LA TRADUCCIN ESPAOLA EPANETesunprogramaorientadoalanlisisdelcomportamientodelossistemasde distribucin de agua y el seguimiento de la calidad del agua en los mismos, que ha tenido una granaceptacinenEspaa,yentodoslospasesdehablahispana,desdesulanzamientoen Europa en Septiembre de 1993. Ello se debe principalmente al excelente trabajo realizado por su autor L. Rossman,quien ha sabido conjugar los algoritmos de clculo ms avanzados con unainterfazgrficapotenteyamigable.Tambinhaninfluidoensudifusinotrosfactores, comolaposibilidaddeintegrarelmdulodeclculoenotrasaplicaciones,elsoportedado por laEPApara su distribucingratuita,ylaexistenciadeunalista abiertade usuariospara realizacindetodotipodeconsultasypuestaalda.Adems,sudifusinenlospasesde hablahispanahaestadopotenciadaporlassucesivastraduccionesrealizadasporquien suscribe, desde la versin 1.1b lanzada en Noviembre de 1994, hasta la ms reciente. Entre la multitud de aplicaciones de EPANET cabe destacar la planificacin de mejoras en las redes, el trazado y seleccin de nuevos elementos, la deteccin de los cuellos de botella de lared,laevaluacindelacalidadytiempodevidadelosmateriales,laregulacindelas presionesenlared,lareduccindeloscostesdeoperacin,laregulacindelusodelos depsitos para reducir los tiempos de retencin del agua, la previsin de la respuesta de la red ante la clausura de un punto de alimentacin o la incorporacin de nuevas urbanizaciones, la planificacin de actuaciones en casos de emergencia, como la entrada de un contaminante no controlado,lalocalizacindeestacionesderecloracin,lasectorizacindelaredparael control de fugas, etc. En el futuro los modelos deben constituir un soporte de uso continuado paralatomadedecisionesdecarctertcnicoentodaslasempresasencargadasdela distribucin del agua potable. Lassucesivasedicionesespaolasdelaversin1.1deEPANETfuerondifundidasdesdela U. D. Mecnica de Fluidos, del Departamento de Ingeniera Hidrulica y Medio Ambiente de la Universidad Politcnica de Valencia, con el apoyo de cursos de formacin para su manejo. SiguiendoelespritudelaEPA,desdeFebrerode1997enquedejdichogrupo,laltima versin1.1ecomenzaserdistribuidagratuitamente,comolosiguensiendolasltimas versionesqueahoraseofrecen.Desdelaaparicindelaversin2.0,ellohasidoposible gracias al apoyo y financiacin recibidos por parte del Grupo Aguas de Valencia, S.A. Duranteelveranode1997tuvelagranoportunidaddecolaborarconLewisRossmanenla configuracinydefinicindelasnuevasprestacionesqueibaofrecerlaversin2.0del programaEPANET,graciasaunaestanciadedosmesesrealizadaenCincinnati,financiada porlaConselleradeEducacinyCienciadelaGeneralitatValenciana.Muchasdelas mejoras que hoy pueden verse en la nueva versin fueron fruto de aquella colaboracin. Loprimeroquedestacaenlanuevaversineslaincorporacindeunentornodeedicin grficoparadefinirlared,ascomounamejoranotabledelassalidasgrficas,todoello reescrito de nuevo en el entorno Delphi, el cual ha venido a sustituir al Visual Basic empleado en la versin anterior. Ello obedece a varias razones, pero la ms importante es la capacidad del nuevo entorno para manejar con soltura grficos de redes complejas, que pueden llegar a incorporarvariosmilesdenudos(hemostrabajadoconredesdehasta40.000nudosconla nuevaversinsindificultad).Engeneral,lanuevainterfazgrficagozadegranrapidez,al tiempoqueocupamenosmemoriaquelaanterior,graciasalapotenciadelentornoDelphi que permite compilar el mdulo ejecutable en un lenguaje de bajo nivel, el cual es ejecutado directamente sin necesidad de intrprete (runtime). Otra de las razones que aconsejaba el uso x de Delphi era la mayor proximidad del lenguaje ObjectPascal utilizado por dicho entorno, al lenguaje C en que contina redactado el mdulo de clculo. Lasprincipalesmejorasintroducidasenlanuevaversin2.0,tantoenloqueserefiereala interfazgrficacomoalmdulodeclculo,hansidoincorporadasalfinaldelCaptulo1,y pueden consultarse igualmente en la ayuda en lnea de la aplicacin. Todas estas mejoras han sidoelfrutodeunaingentelaborrealizadaporsuautordurantelosltimoscincoaos.El cdigofuentedelanuevaversindeEPANETcasisehatriplicado,ocupandounas50.000 lneasdeprograma,yen consecuencia,sehaincrementadotambinelvolumen del presente Manual del Usuario. Abordar la traduccin de la nueva versin 2.0 de EPANETha sido todo un reto, debido a la enorme cantidad de herramientas informticas empleadas por el autor, al volumen de cdigo implementado, lasnumerosas vas de comunicacin con el usuario que presenta la aplicacin, yeldeseopornuestrapartederealizaruntrabajoprofesional,comoyasehizoenlas versiones anteriores. La traduccin al espaol de EPANET 2 que aqu se ofrece est actualizada, y se corresponde conlaversinoriginalmsreciente,la2.00.10,aparecidaenJuliode2002.Laprimera versin espaola de EPANET 2 se realiz sobre la revisin 2.00.08, y fue lanzada en Julio de 2001.En todas las traducciones realizadas, se ha puesto un especial inters por mantener una compatibilidad total con la versin inglesa, tanto a nivel de ejecucin como a nivel de datos, y se encuentren stos en formato de fichero de texto o de fichero binario. Por consiguiente, no es necesario introducir ninguna modificacin sobre los ficheros de datos desarrollados con la versin inglesa, para poder ejecutarlos con la versin espaola, y viceversa, cualquier fichero construido con la versin espaola puede ser ejecutado con la versin inglesa. Gracias a esta compatibilidad,esposiblecomprobarencualquiermomentolaconcordanciaderesultados entre ambas versiones. Adems, en la reciente revisin 2.00.10 de la versin espaola se han introducido una serie de mejoras adiciones sobre la versin inglesa, como son: -LaadopcindelasUnidadesdelSistemaInternacional(SI)pordefecto,entodaslas partesdelprograma,ascomolafrmuladeDarcy-Weisbachparaelclculodelas prdidas.LaadopcindelSIafectaalasunidadesdecaudalpordefecto(l/s),alos valores de las magnitudes mostradas en el dilogo de Valores por Defecto, y a los rangos por defecto de las leyendas.-Se han convertido tambin al SI los datos correspondientes al ejemplo de la Gua Rpida, yalejemploRed1queacompaaalaaplicacin,elcualhapasadoadenominarse Red1_SI.net.Noobstante,sehanconservadolasunidadesconvencionalesUSenel ejemplooriginalRed1,ascomoenlosejemplosRed2yRed3querepresentanredes reales. -Se ha incorporado la coma como separador decimal, en sustitucin del punto. Adems, la versinespaoladeEPANET2.00.10essensiblealaConfiguracinInternacionalde Windows, de modo que puede actualizarse el separador decimal sin necesidad de cerrar la sesin de EPANET. Lo ms importante es que el separador decimal es ahora reconocido correctamente cuando se transfieren datos a aplicaciones externas como Excel, cualquiera que sea la Configuracin Internacional de Windows. -LaversinespaoladeEPANET2.00.10puedeejecutarseenredysobreS.O.con restriccionesdepermisosdeescrituraenciertosdirectorios,comoWindows2000.En casonecesario,losficherosauxiliaresdeclculoyelfichero.inisereubican automticamente en un directorio local accesible al usuario. xi -CuandoserealizaunanlisisporprimeravezconEPANET2.00.10enespaol,se asumen la presin en los nudos y el caudal en las lneas como magnitudes a visualizar por defecto. -ElMdulodeHerramientasdelaversinespaoladeEPANET2.00.10incorporael cdigofuentedetresaplicacionescompletas,basadasenlosejemplosofrecidosenel fichero de Ayuda del mismo, y escritas en los lenguajes C++ Builder 5.0, Visual C++ 6.0, Delhi 5.0 y Visual Basic 6.0.Adems se ofrecen instrucciones concretas al usuario para construir dichas aplicaciones desde cero, en los entornos de programacin referidos. -Finalmente,sehaincorporadounanuevafuncinenelMdulodeHerramientaspara detectar la conectividad de la red, ENconnected(), propuesta recientemente por su autor, y la cual no ha sido incorporada an a la versin inglesa. La traduccin al espaol alcanza a todos los componentes que integran EPANET 2, a saber: -El mdulo de clculo (librera .dll y fichero ejecutable en DOS) -La interfaz grfica y componentes Delphi -La ayuda en lnea -El Manual del Usuario -La ejemplos de aplicacin -La herramienta Toolkit para programadores y su ayuda en lnea -El instalador de la aplicacin y ficheros auxiliares La totalidad de documentos que componen la aplicacin se pueden bajar libremente desde las siguientes pginas Web: www.redhisp.upv.es(pgina del Grupo REDHISP de la Univ. Politcnica Valencia) www.aguasdevalencia.es(pgina principal Grupo Aguas de Valencia) ascomodesdeotrosmuchosenlaces ofrecidospordiferentes entidades pblicasyprivadas, asociaciones de estudiantes, etc. Enlaspginascitadaselusuariopodrencontrarinformacinactualizadadelasfuturas revisionesquevayansurgiendo,yaseaconmotivodecambiosrealizadosenlaversin original, o por otros desarrollos realizados a iniciativa propia. Paracualquierproblema,observacinoconsultaentornoalusoydifusindelaversin espaola de EPANET 2, los usuarios pueden dirigirse a la siguiente direccin: Fernando Martnez Alzamora, Grupo de Redes Hidrulicas y Sistemas a Presin Instituto de Ingeniera del Agua y Medio Ambiente Universidad Politcnica de Valencia Apartado 22012 46080VALENCIA (Espaa) Tel: (34) 96 387 9610 Fax: (34) 96 387 9619 e-mail:[email protected] Deseo agradecer su apoyo a todos aquellos que me han ayudado en esta tarea. En particular a L.Rossman,porhabermefacilitadoelcdigofuentedelatotalidaddeloselementosque componen la nueva versin de EPANET 2, as como por su ayuda en la resolucin de cuantas dudasmefueronsurgiendodurantelalabordetraduccin,quefueronmuchas.AHugo Bartoln,becariodelGrupoREDHISP,porsucolaboracinenlatraduccindelaayudaen lneadelprogramaydelMdulodeHerramientas,yaVicenteBou,becarioasimismodel grupo, por su auxilio en la resolucin de diversos problemas de tipo informtico ligados con la traduccin. xii Quiero por ltimo manifestar, que el esfuerzo que ha supuesto esta traduccin no hubiera sido posiblesineldecididoapoyoylafinanciacindelGrupoAguasdeValencia,quiendesde siempremeharespaldadoentodaslasiniciativasdecolaboracinpropuestasdesdemis comienzosenlaUniversidad.GraciasalGrupoAguasdeValencia,todoslospotenciales usuarios de EPANET de habla hispana pueden ahora disfrutar de forma totalmente gratuita de laversinespaoladeEPANET2,elprogramadeanlisisderedeshidrulicasdemayor difusin en todo el mundo. Fernando Martnez Alzamora Catedrtico de Ingeniera Hidrulica Valencia, 30 de Octubre de 2002 xiii TABLA DE CONTENIDOS C A P I T U L O 1- I N T R O D U C C I N................................................................................1 1.1QU ES EPANET ........................................................................................................................1 1.2CAPACIDADES PARA LA CONFECCIN DE MODELOS HIDRULICOS.............................................1 1.3CAPACIDADES PARA LA CONFECCIN DE MODELOS DE CALIDAD DEL AGUA..............................2 1.4PASOS PARA UTILIZAR EPANET ................................................................................................3 1.5ACERCA DEL MANUAL................................................................................................................3 1.6NOVEDADES DE LA VERSIN2.0 ................................................................................................5 C A P I T U L O2-G U I A R P I D A ........................................................................................9 2.1INSTALACIN DE LA VERSIN ESPAOLA DE EPANET ...............................................................9 2.2RED DE EJEMPLO.......................................................................................................................10 2.3CONFIGURACIN DEL PROYECTO ..............................................................................................11 2.4DIBUJO DE LA RED ....................................................................................................................12 2.5INTRODUCCIN DE LAS PROPIEDADES DE LOS OBJETOS ............................................................14 2.6GUARDAR Y REABRIR EL PROYECTO.........................................................................................16 2.7ANLISIS EN RGIMEN PERMANENTE........................................................................................16 2.8ANLISIS EN PERIODO EXTENDIDO ...........................................................................................18 2.9ANLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA........................................................................................20 C A P I T U L O3-E L M O D E L OD E L A R E D ...........................................................23 3.1COMPONENTES FSICOS .............................................................................................................23 3.2COMPONENTES NO FSICOS.......................................................................................................31 3.3EL MODELO DE SIMULACIN HIDRULICA...............................................................................37 3.4ELMODELO DE SIMULACIN DE LA CALIDAD DEL AGUA ........................................................37 C A P I T U L O 4-E L E N T O R N O D E T R A B A J O D EE P A N E T...............43 4.1INTRODUCCIN..........................................................................................................................43 4.2LA BARRA DE MENS ...............................................................................................................44 4.3LAS BARRAS DE HERRAMIENTAS ..............................................................................................48 4.4LA BARRA DE ESTADO..............................................................................................................49 4.5EL ESQUEMA DE LA RED ...........................................................................................................50 4.6EL VISOR DE DATOS..................................................................................................................50 4.7EL VISOR DEL ESQUEMA...........................................................................................................51 4.8EL EDITOR DE PROPIEDADES.....................................................................................................51 4.9PREFERENCIAS DEL PROGRAMA................................................................................................52 C A P I T U L O5-E L E N T O R N O D E LP R O Y E C T O...........................................55 5.1ABRIR Y CERRAR ARCHIVOS DE PROYECTO..............................................................................55 5.2VALORES POR DEFECTO DEL PROYECTO...................................................................................56 5.3DATOS DE CALIBRACIN...........................................................................................................59 5.4EL RESUMEN DEL PROYECTO....................................................................................................60 C A P I T U L O 6-M A N I P U L A C I O ND EO B J E T O S ........................................61 6.1TIPOS DE OBJETOS.....................................................................................................................61 6.2AADIR OBJETOS ......................................................................................................................61 6.3SELECCIN DE OBJETOS ............................................................................................................63 6.4EDICIN DE LOS OBJETOS VISIBLES ..........................................................................................64 6.5EDICIN DE LOS OBJETOS NO VISIBLES ....................................................................................70 6.6COPIAR Y PEGAR OBJETOS ........................................................................................................75 6.7TRAZADO Y ORIENTACIN DE LAS LNEAS................................................................................76 xiv 6.8BORRAR UN OBJETO..................................................................................................................77 6.9MOVER UN OBJETO...................................................................................................................77 6.10SELECCIONAR UN GRUPO DE OBJETOS......................................................................................77 6.11EDITAR UN GRUPO DE OBJETOS ................................................................................................78 C A P I T U L O 7-E L E S Q U E M A D E L AR E D......................................................79 7.1SELECCIONAR EL MODO DE PRESENTAR EL ESQUEMA..............................................................79 7.2ESTABLECER LAS DIMENSIONES DEL REA DE DIBUJO.............................................................80 7.3UTILIZACIN DE UN MAPA DE FONDO.......................................................................................81 7.4ACERCAR O ALEJAR EL ESQUEMA.............................................................................................82 7.5DESPLAZAR EL ESQUEMA..........................................................................................................82 7.6BUSCAR UN OBJETO..................................................................................................................83 7.7LAS LEYENDAS DEL ESQUEMA..................................................................................................84 7.8VISTA GENERAL DEL ESQUEMA................................................................................................85 7.9OPCIONES DE VISUALIZACIN DEL ESQUEMA...........................................................................85 C A P I T U L O 8-A N L I S I S D E LA R E D.................................................................89 8.1OPCIONES DE CLCULO ............................................................................................................89 8.2EJECUTAR UNA SIMULACIN.....................................................................................................94 8.3RESOLUCIN DE PROBLEMAS....................................................................................................94 C A P I T U L O9-P R E S E N T A C I N D E R E S U L T A D O S ..............................97 9.1PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS SOBRE EL ESQUEMA........................................................97 9.2PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS MEDIANTE GRFICAS .....................................................99 9.3PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS MEDIANTE TABLAS.......................................................107 9.4INFORMES ESPECIALES............................................................................................................110 C A P I T U L O 10-I M P R I M I R Y C O P I A R .............................................................115 10.1SELECCIN DE LA IMPRESORA.................................................................................................115 10.2FORMATO DE LA PGINA.........................................................................................................115 10.3VISTA PREVIA DE LA PGINA..................................................................................................116 10.4IMPRIMIR LA VENTANA ACTUAL.............................................................................................116 10.5COPIAR AL PORTAPAPELES O A UN FICHERO ...........................................................................117 C A P I T U L O 1 1-I M P O R T A C I NY E X P O R T A C I N............................119 11.1ESCENARIOS DE UN PROYECTO ...............................................................................................119 11.2EXPORTACIN DE UN ESCENARIO ...........................................................................................119 11.3IMPORTACIN DE UN ESCENARIO............................................................................................120 11.4IMPORTACIN PARCIAL DE UNA RED ......................................................................................120 11.5IMPORTACIN DEL ESQUEMA DE UNA RED..............................................................................121 11.6EXPORTACIN DEL ESQUEMA DE UNA RED.............................................................................122 11.7EXPORTACIN A FICHERO DE TEXTO ......................................................................................123 C A P I T U L O1 2-P R E G U N T A S M S F R E C U E N T E S .................................125 A P N D I C E A-U N I D A D E S D E M E D I D A..........................................................129 A P N D I C EB-M E N S A J E S D EE R R O R...........................................................131 A P N D I C E C-EJECUCI NDEEPANETENMODOCOMANDO...............133 C.1INSTRUCCIONES GENERALES...................................................................................................133 C.2FORMATO DEL FICHERO DE ENTRADA.....................................................................................133 C.3FORMATO DEL FICHERO DE INFORME DE RESULTADOS...........................................................171 C.4FORMATO DEL FICHERODE SALIDA BINARIO.........................................................................174 A P N D I C E D-A L G O R I T M O S D E C L C U L O ............................................179 D.1ANLISIS HIDRULICO............................................................................................................179 D.2ANLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA......................................................................................186 D.3REFERENCIAS..........................................................................................................................191 1 C A P I T U L O 1- I N T R O D U C C I N 1.1Qu es EPANET EPANETesunprogramadeordenadorquerealizasimulacionesenperiodos prolongadosdelcomportamientohidrulicoydelacalidaddelaguaenredes de suministro a presin. Una red puede estar constituida por tuberas, nudos (uniones detuberas),bombas,vlvulasydepsitosdealmacenamientooembalses. EPANET efecta un seguimiento de la evolucin de los caudales en las tuberas, las presiones en los nudos, los niveles en los depsitos, y la concentracin de las especiesqumicaspresentesenelagua,alolargodelperiododesimulacin discretizado en mltiples intervalos de tiempo. Adems de la concentracin de las distintas especies, puede tambin simular el tiempo de permanencia del agua en la red y su procedencia desde las diversas fuentes de suministro. EPANETsehaconcebido comounaherramientade investigacinparamejorar nuestroconocimientosobreelavanceydestinofinaldelasdiversassustancias transportadas por el agua, mientras sta discurre por la red de distribucin. Entre susdiferentesaplicacionespuedecitarseeldiseodeprogramasdemuestreo,la calibracin de un modelo hidrulico, el anlisis del cloro residual, o la evaluacin de las dosis totales suministradas a un abonado. EPANET puede resultar tambin deayudaparaevaluardiferentesestrategiasdegestindirigidasamejorarla calidad del agua a lo largo del sistema. Entre estas pueden citarse:alternar la toma de agua desde diversas fuentes de suministro modificar el rgimen de bombeo, o de llenado y vaciado de los depsitos implantarestacionesdetratamientosecundarias,talescomoestacionesde recloracin o depsitos intermedios establecer planes de limpieza y reposicin de tuberas. EPANET proporciona un entorno integrado bajo Windows,para la edicin de los datosdeentradaalared,larealizacindesimulacioneshidrulicasydela calidaddelagua,ylavisualizacinderesultadosenunaampliavariedadde formatos. Entre stos se incluyen mapas de la red codificados por colores, tablas numricas, grficas de evolucin y mapas de isolneas. 1.2Capacidades para la confeccin de Modelos Hidrulicos Dos de los requisitos fundamentales para poder construir con garantas un modelo delacalidaddelaguasonlapotenciadeclculoylaprecisindelmodelo hidrulicoutilizado.EPANETcontieneunsimuladorhidrulicomuyavanzado que ofrece las siguientes prestaciones: no existe lmite en cuanto al tamao de la red que puede procesarse lasprdidasdecargapuedencalcularsemediantelasfrmulasdeHazen-Williams, de Darcy-Weisbach o de Chezy-Manning contempla prdidas menores en codos, accesorios, etc.admite bombas de velocidad fija o variable determina el consumo energtico y sus costes 1. IntroduccinGrup oREDHISP - UPV 2 permite considerar varios tipos de vlvulas, tales como vlvulas de corte, de retencin, y reguladoras de presin o caudal.admitedepsitosdegeometravariable(estoes,cuyodimetrovareconel nivel) permiteconsiderardiferentestiposdedemandaenlosnudos,cadaunocon su propia curva de modulacin en el tiempo permitemodelartomasdeaguacuyocaudaldependadelapresin(p.ej. rociadores) admite leyes de control simples, basadas en el valor del nivel en los depsitos o en la hora prefijada por un temporizador, y leyes de control ms complejas basadas en reglas lgicas. 1.3Capacidades para la confeccin de Modelos de Calidad del Agua Adems de la confeccin de modelos hidrulicos, EPANET ofrece las siguientes prestaciones para la confeccin de modelos de calidad: simulaeldesplazamientodetrazadoresnoreactivosportodalared,alo largo del tiempo simulaelavanceydestinofinaldelassustanciasreactivascuya concentracin o bien crece en el tiempo (p.ej. los subproductos derivados de la desinfeccin) o bien decrece (p.ej. el cloro residual) simulaeltiempodepermanencia(oenvejecimiento)delaguamientras discurre por la red permite seguir la evolucin en el tiempo de la fraccin de caudal que llega a cadanudodelaredprocedentedeunnudodeterminado(anlisisde procedencias) simula las reacciones que tienen lugar tanto en el seno del agua como en las paredes de las tuberas permite emplear cinticas de orden n para modelar las reacciones en el seno del aguaemplea cinticas de orden cero o de primer orden para modelar las reacciones en las paredes de las tuberastieneenconsideracinlaslimitacionesdetransferenciademasaalmodelar las reacciones en las paredes de las tuberas admite reacciones de crecimiento o decrecimiento de la concentracin de una sustancia hasta llegar a un valor lmite permitedefinircoeficientesdereaccinglobalesparatodalared,ymodificar stos posteriormente para determinadas tuberas permite correlacionar los coeficientes de velocidad de reaccin en la pared de las tuberas con su rugosidad permiteconsiderarlainyeccinencualquierpuntodelareddeuncaudal msico o de concentracin definida, variable en el tiempolaevolucindelacalidaddelaguaenlosdepsitospuedesimularsecomo una mezcla homognea, mediante un modelo de pistn, o como un reactor de dos compartimentos. 1. Introduccin 3 Medianteestasprestaciones,EPANETpermiteestudiarfenmenosrelacionados con la calidad del agua tales como: la mezcla de agua procedente de diversas fuentes el envejecimiento del agua mientras discurre por la red la prdida de cloro residual el crecimiento de los subproductos derivados de la cloracin el seguimiento del avance de un contaminante, tras su intrusin en la red. 1.4Pasos para Utilizar EPANET Los pasos a seguir normalmente para modelar un sistema de distribucin de agua con EPANET son los siguientes: 1.Dibujar un esquema de la red de distribucin (ver Apartado 6.2) o importar una descripcin bsica del mismo desde un fichero de texto (ver Apartado 11.4). 2.Editarlaspropiedadesdelosobjetosqueconfiguranelsistema (ver Apartado 6.4) 3.Describir el modo de operacin del sistema (ver Apartado 6.5) 4.Seleccionar las opciones de clculo (ver Apartado 8.1) 5.Realizar el anlisis hidrulico o de calidad del agua (ver Apartado 8.2) 6.Observar los resultados del anlisis (ver Captulo 9). 1.5Acerca del Manual El Captulo 2 de este manual describe cmo se instala EPANET y ofrece una gua didcticasobresuuso.Loslectoresquenoestnfamiliarizadosconlos fundamentos del modelado de la redes de distribucin de agua, pueden consultar el Captulo 3 antes de entrar en la gua. El Captulo 3 proporciona informacin ms detallada sobre cmo se modelan las redes de distribucin de agua con EPANET. Se discute el comportamiento de los componentes fsicos que constituyen la red y las peculiaridades de la informacin complementariaquehayqueproporcionaralmodelo,talescomolascurvasde modulacin y las leyes de control. Tambin ofrece una visin general sobre cmo sellevaacabolasimulacinnumricadelcomportamientohidrulicoydela calidad del agua. EnelCaptulo4semuestracmoestorganizadoelespaciodetrabajode EPANET. Se describen las funciones de las distintas opciones de men y botones de las barras de herramientas, as como el uso de las tres ventanas principales de la aplicacin: el Esquema de la Red, el Visor y el Editor de Propiedades. ElCaptulo5versasobrelosficherosasociadosaunproyecto,loscuales almacenantodalainformacincontenidaenunmodelodeEPANETdeunared de distribucin de agua. Se muestra cmo crear, abrir y guardar estos ficheros, y tambincmoestablecerlasopcionespordefectodelproyecto.Seindica 1. IntroduccinGrup oREDHISP - UPV 4 asimismolaformaderegistrarlosficherosdedatosdecalibracin,loscuales sernutilizadosposteriormenteparacontrastarlosresultadosdelasimulacin con las medidas de campo. EnelCaptulo6sedescribelaformadeconstruirelmodelodeunaredde distribucindeaguaconEPANET.Semuestracmocrearlosdiferentes componentes fsicos que configuran el sistema (tuberas, bombas, vlvulas, nudos decaudal,depsitos,etc),cmoeditarsuspropiedades,ycmoconfigurarel modo en que las demandas del sistema y el estado de los elementos de regulacin de la red van a cambiar con el tiempo. ElCaptulo7explicacmoutilizarelesquemadelared,elcualrepresentade formagrfica elsistemaa simular.Sepasarevistaa lasformasdevisualizarlos distintos parmetros de diseo o resultados sobre el esquema mediante cdigos de colores, a las operaciones de reescalado, acercamiento o alejamiento del esquema, lalocalizacindeobjetossobreelmapa,ascomoatodaslasopciones disponibles para personalizar la apariencia del esquema. ElCaptulo8muestracmorealizarunanlisishidrulicoodelacalidaddel agua.Sedescribenlasdistintasopcionesquepermitencontrolarelmodode efectuar los clculos y se ofrecen algunas pistas para la interpretacin de fallos al examinar los resultados. EnelCaptulo9sediscutenotrasformasdeanalizarlosresultadosdeuna simulacin.Entreellasseincluyendiferentesvistasdelesquemadelared, distintos tipos de grficos y tablas, y diversos informes especficos. El Captulo 10 explica cmo imprimir y copiar las distintas formas de visualizar los resultados, discutidas en el Captulo 9. El Captulo 11 describe cmo EPANET puede importar y exportar escenarios de proyecto.Unescenarioesunsubconjuntodedatosquecaracterizalas condiciones actuales bajo las cuales se est analizando la red (p.ej. demandas de losusuarios,leyesdeoperacin,coeficientesdereaccindelassustancias qumicas en el agua, etc). Tambin se muestra cmo guardar todos los datos que configuranlabasededatosdelproyectoenunficherodetextoeditableycmo exportar el esquema de la red en diversos formatos. EnelCaptulo12serespondeaunaseriedecuestionesrelativasalaformade utilizarEPANETparamodelarciertassituacionesdeintersprctico,comola presenciadeuncaldernhidroneumtico,ladeterminacindelcaudalmximo extrable en un nudo bajo unas condiciones de presin dadas, o la simulacin del crecimiento de los subproductos derivados de la cloracin. Este manual contiene tambin algunos apndices. El Apndice A proporciona una tablaconlasunidadesutilizadasparaexpresartodoslosparmetrosdediseoy variables calculadas.El Apndice B es una lista de cdigos de mensajes de error quepuedeemitirelprograma,juntoconsusignificado.ElApndiceCmuestra cmo EPANET se puede utilizar en modo comando desde una ventana DOS, y se discuteelformatodelosficherosautilizarbajoestemododeoperacin. Finalmente,elApndiceDofrecedetallesdelosprocedimientosyfrmulas utilizadosporEPANETenlosalgoritmosdeclculo,tantohidrulicoscomode calidad. 1. Introduccin 5 1.6Novedades de la Versin2.0 Laversin2.0deEPANEThasupuestounnotable avancerespectoa laversin anterior1.1.Entrelasmejorasintroducidasenlainterfazdelusuariocabe destacar: 1.SehaimplementadounEntornodeEdicinGrficoquepermiteaadiry modificar elementos directamente sobre el esquema de red. 2.SehanimplementadotambinEditoresEspecialesquefacilitanla introduccin de datos para la definicin de las propiedades de nudos y lneas, lasdemandasenlosnudosdecaudal,losfactoresdelascurvasde modulacin,lascurvascaractersticasdebombasycurvasde comportamiento especiales, las leyes de control y las opciones de clculo. 3.Se ha creado una nueva funcionalidad para la Edicin en Grupo, que permite alusuarioseleccionarobjetosmedianteuncercadoirregularyaplicar operacionesdeedicinparaelconjuntoseleccionado,comoporejemplo ParatodaslastuberasconunaetiquetaigualaCLASE-A,reemplazarsu rugosidad por el valor 0,1. 4.SepuedeactivarlaopcinEtiquetasFlotanteparamostrarenunacajade textoelIDdelnudo/lnea,juntoalvalordelamagnitudanalizada,conslo situar el cursor encima del elemento deseado. 5.LasetiquetasflotantespuedenconvertirseenCajasdeTextoPermanentes paraalgunoselementosclavesdelared,yobservarenellaslaevolucinde los resultados numricos correspondientes. 6.SepuedenrealizarConsultassobreelesquemadelared,paraidentificary localizaraquellosnudoso lneasquecumplanunacondicindefinidaporel usuario.Porejemplo,sepuederealizarunaconsultaqueresaltetodoslos nudos en los cuales la presin est por debajo de 20 m, y que oculte el resto. 7.Eltrazadodelastuberaspuededefinirsemediantepolilneasconvrtices intermedios, para ajustar mejor el esquema de la red a la realidad. 8.Se han ampliado las Capacidades para la visualizacin de los resultados (y de algunos datos) sobre el esquema de la red, permitiendo entre otras opciones, que el tamao de los nudos o el grosor de las lneas sea proporcional al valor de la magnitud observada, ocultar los smbolos, flechas y etiquetas a partir de unacierta escala,omostrarunaimagendefondo(p.ej.unmapadecalles) detrs del esquema de la red. 9.Tambin se ofrece la posibilidad de realizar una Animacin, mostrando sobre elesquemadelaredlosvaloresinstantneosdelavariableelegida codificados porcolores, confuncionesdepausa, rebobinado,marchaatrsy control de la velocidad de animacin. 10.SepuedengenerarInformesdeEnerga,conunlistadodelconsumo energtico y el coste para todas las bombas del sistema. 1. IntroduccinGrup oREDHISP - UPV 6 11.Se pueden generar Informes de Reacciones en los que se pone de manifiesto, deltotaldereaccionesqueafectanalacalidaddelagua,lafraccinque correspondeareaccionesenelsenodelfluido,areaccionesconlasparedes de las tuberas y a reacciones en los depsitos de regulacin. 12.TambinesposiblegenerarInformesdeCalibracinparaevaluar estadsticamentelabondaddeajustedelmodelo,conrespectoalosdatos medidos. 13.Lassalidasgrficassehanpotenciadoenormemente.Semantienenlas CurvasdeEvolucinylosMapasdeIsolneasconalgunasmejoras,yse aadelaposibilidaddetrazarPerfilesLongitudinales,ascomoCurvasde Distribucinparacualquiermagnitudelegida.Ademspuedegenerarseuna curvaquerepresentaelBalancedeCaudalesentre produccinyconsumo,a lo largo del periodo de simulacin. 14.LasCurvasdeEvolucinpermitensuperponerahoraelcomportamientode varios nudos o lneas sobre la misma grfica. 15.Lasposibilidadesdepersonalizartodasestascurvassehanincrementadode forma significativa, al objeto de mejorar la calidad de su presentacin. 16.Enestanuevaversin,elusuariopuedeelegirelformatodesalidadelas tablasdedatos,teniendolaoportunidaddeaadiryeliminarcolumnasde variables segn se desee, ordenar las columnas segn la variable seleccionada y emplear filtros para seleccionar los datos que aparecern en la tabla. 17.Elusuariopuedeestablecerahoraelnmerodedecimalesconquese mostrarcadaunadelasvariablescalculadas,entodaslassalidasde resultados. 18.Elconjuntodeinformes,grficosytablasmedianteloscualesseestn analizando los resultados de los clculos, se actualizan automticamente tras realizar un nuevo anlisis de la red. 19.El esquema de red puede guardarse en un fichero con formato .DXF, formato Metafile mejorado de Windows o como fichero de texto ASCII (coordenadas de los nudos y de los vrtices de las lneas). 20.LasGrficaspuedenguardarseenunficheroosercopiadasalportapapeles de Windows como bitmaps, metaficheros o datos ASCII. 21.Se han incorporado las funciones de Configurar pgina y Vista preliminar. 22.EsposibleguardarycargardiferentesEscenariosdeSimulacinenel proyecto, para actualizar de golpe todos los valores de algunas variables que configuran los datos de la red, como las demandas, la calidad inicial del agua, la rugosidad de las tuberas, los coeficientes de reaccin, las leyes de control, etc. 1. Introduccin 7 EnEPANET2.0nosolosehamejoradolainterfazgrfica,sinotambinsus capacidadesdeclculo.Lasprincipalesmejorasintroducidasenelmdulode clculo son las siguientes: 1.Sehadesarrolladounnuevoformatodeficherodeentrada(fichero.NET) para trabajar de forma ms eficiente con la nueva interfaz de usuario. Se trata deunficherobinarioqueelusuarionotienequeeditardirectamente.Los ficheros de texto de la versin anterior 1.1 (ficheros .INP), todava pueden ser utilizados,yaquesepuedenabrirymodificar,altiempoqueproporcionan una copia legible de los datos de entrada de la red. 2.LosIdentificativos(IDs)utilizadosparaidentificarobjetosdelaredyano tienenquesernecesariamentenmeros.Ahorapuedencontenercualquier combinacin de letras y nmeros,hasta 15 caracteres. 3.Se ha introducido un nuevo elemento denominado Embalse, para distinguirlo delosdepsitosderegulacin.Sepuede asignaruna curvademodulacina lacotadelminadelembalse(oasualturapiezomtrica)paraimponerla variacin temporal de la misma como condicin de contorno. 4.Sehaincluidounnuevotipodeobjeto,lasCurvasdecomportamiento,las cuales permiten establecer relaciones entre dos variables del sistema. 5.Sepuededefinirahoralacurvacaractersticadeunabombamediante mltiplespuntos,ytambinasignarastasunacurvademodulacinpara controlar el estado o la velocidad de las mismas. 6.En la nueva versin es posible tambin evaluar el consumo de energa de una bombayestimarsucosteenergticoconsiderandolavariacinhorariadel coste de la energa. Para el clculo puede definirse una curva de rendimiento paracadabombayunacurvadevariacinhorariadelastarifaselctricaso bienestablecerunosvalorespordefecto.Lalibertadparaintroducirla modulacin de las tarifas elctricas est en consonancia con la liberalizacin delmercadoelctrico.Ademslaaplicacingenerauninformecompleto sobre los costes energticos. 7.Otro aspecto a destacar es la posibilidad de modelar depsitos no cilndricos medianteladeclaracindelacurvadecubicacinquerelacionaelvolumen almacenado con el nivel del agua en el mismo. 8.Esposibletambinasignaralosnudosdeconsumomltiplescategorasde demanda (demanda base + curva de modulacin). 9.Las sentencias de control de la versin anterior se denominan ahora Leyes de ControlSimplesysehanampliadosuspropiedadesparapermitirelcontrol del estado de una lnea en base a la hora real del da. 10.Sehaincorporadounanuevacategoradecontroles,denominadaLeyesde ControlbasadasenReglas,quepermitencontrolarelestadodeunalneaen base a una combinacin de condiciones dadas. 11.Sehaaadidolaopcindepoderlocalizarencadanudodeconsumoun Emisor(parasimularunorificio,unhidranteounaspersor).Enestos dispositivosseconsideraqueelflujodesalidaesfuncindelapresin disponible. Ver Propiedades de los Nudos de Caudal y Emisores. 1. IntroduccinGrup oREDHISP - UPV 8 12.MediantelasnuevasVlvulasdePropsitoGeneral,sepuedenmodelar elementoscuyocomportamientoobedezcaaunacurvaprdidas-caudal definidaporelusuario,ensustitucindelasfrmulasdeprdidas convencionales. 13.Sehanaadidomejorasenladeteccinytratamientodelosproblemas relacionadosconladesconexindeunapartedelsistemaolaimposibilidad de alcanzar el equilibrio hidrulico en algn instante de la simulacin. 14.El mtodo de clculo de la calidad del agua ha sido reemplazado por otro ms eficientebasadoenunmtodoLagrangiano.Losparmetrosasuministrar ahoraporelusuariosonelintervalodetiempoparaelanlisisdelacalidad del agua y la tolerancia en la variacin del parmetro de calidad. 15.Laintensidaddelasfuentescontaminantespuededeclararseahoraen trminosdeconcentracin odecaudalmsicoparasistemasdeinyeccin, o bienentrminosdeincrementodelaconcentracinparasistemasde reinyeccin. 16.Las reacciones en el seno del fluido pueden modelarse ahora con cinticas de ordenn,ytambinmediantecinticasde Michaelis-Mentonparamodelarel crecimiento biomolecular o de enzimas. 17.Las reacciones con las paredes de las tuberas pueden modelarse con cinticas de orden 0 cinticas de primer orden. 18.Puedetambinmodelarseelcrecimientoodecaimientohastaunpotencial lmite de algunas sustancias contenidas en el agua. 19.Loscoeficientesdereaccinconlasparedesdelastuberaspueden correlacionarse con los coeficientes de rugosidad de las mismas. 20.Sedisponedevariosmodelosdiferentesparacaracterizarlosprocesosde mezcla en los depsitos de regulacin. 21.Losresultadosdelasimulacinenperodoextendidopuedenpresentarse como curvas de evolucin, como valores promediados en el tiempo para cada nodo y lnea de la red, o mediante sus valores mximos, mnimos o rangos de variacin. 22.Sepuedenobtenerinformesdecalibracinconestadsticascomparativas entre los valores simulados y los valores medidos. 9 C A P I T U L O2-G U I A R P I D A EstecaptuloofreceunaguarpidaparalautilizacindeEPANET.Sinoest familiarizadoconloselementosquecomponenunsistemadedistribucinde agua,ycmostosserepresentanparaconfigurarelmodelodelared,es conveniente que repase antes los dos primeros apartados del Captulo 3. 2.1Instalacin de la versin espaola de EPANET La Versin 2 de EPANET est diseada para trabajar bajo los sistemas operativos MicrosoftWindows95/98/NTenordenadorespersonalescompatibles IBM/Intel.Latraduccinalespaoldeestaversinsedistribuyeenunsolo fichero,EN2inst_esp.exe1,elcualcontieneunprogramadeinstalacinauto-extrable. Para instalar la versin espaola de EPANET: 1.Seleccionar Ejecutar.... desde el Men de Inicio de Windows. 2.Introducirlarutacompletayelnombredelfichero EN2inst_esp.exe,obienpulsarelbotnExaminarpara localizarlo en su ordenador. 3.Pulsar el botn Aceptar para comenzar el proceso de instalacin. Elprogramadeinstalacinlepreguntarqueelijaunacarpeta(directorio)para ubicarlosficherosdeEPANET.Lacarpetapordefectoesc:\Archivosde programa\EPANET2_Esp.Finalizadalainstalacin,enelMendeInicio aparecerunanuevaentradadenominadaEPANET2.0Esp.Paraejecutar EPANETsimplementeseleccionarestaentrada,yacontinuacinlaopcin EPANET 2.0 Espaoldel submen mostrado. (El nombre del fichero ejecutable que lanza la versin espaola de EPANET bajo Windows es epanet2w_esp.exe.) ParaeliminarlaversinespaoladeEPANETdesuordenador,serecomienda seguir el siguiente procedimiento: 1.Seleccionar Configuracin... del Men de Inicio de Windows. 2.SeleccionarPaneldelControldelmendeelementos configurables. 3.EfectuarunadoblepulsacinsobreeliconoAadiroquitar programas. 4.Seleccionar EPANET 2.0 Esp de la lista de programas ofrecida. 5.Pulsar el botn Agregar o quitar... Nota. La versin espaola de EPANET es totalmente compatible con la original eninglsatodoslosefectos.Ambaspuedencoexistirypuedenejecutar los mismos ficheros de datos. (NdT) 1 La versin espaola de todos los ficheros traducidos se caracteriza porla terminacin _esp aadida al nombre del fichero (NdT) 2. Gua RpidaGrup oREDHISP - UPV 10 2.2Red de Ejemplo A lo largo de esta gua analizaremos la red de distribucin sencilla mostrada en la figura2.1.Constadeundepsitodenivelconstante(p.ej.lagaleradeagua filtrada de una planta de tratamiento de agua potable), desde el cual se bombea el agua a la red de distribucin, configurada por dos mallas. En el extremo opuesto hayundepsitoelevadodecompensacin,conectadoalaredatravsdeuna tuberanica.Losidentificativosdecadaunodeloselementosdelaredse indican en la figura. Las caractersticas de los nudos se detallan en la Tabla 2.1, y las de las tuberas en la Tabla 2.2. Adems, se sabe que la bomba (lnea 9) puede comunicar una altura de 45 m a un caudal de 42 l/s. El depsito elevado (Nudo 8) tieneundimetrode20m,elnivelinicialdelaguaenelmismoesde1myel nivel mximo permitido de 6 m (2). Figura 2.1Red de Ejemplo Tabla 2.1Propiedades de los Nudos de la Red Ejemplo (2) Tabla 2.2 Propiedades de las Tuberas de la Red Ejemplo (2) TuberaLongitud (m)Dimetro (mm)Rugosidad (mm) 110003500,01 215003000,01 315002000,01 415002000,01 515002000,01 620000,01 715000,01 820000,01 2 Los datos del ejemplo de la versin original han sido convertidos y redondeados a unidades SI, de acuerdo con lasequivalenciasmostradasapiedepginadelApndiceA.Enconsecuencia,algunosresultados pueden diferir ligeramente de los de la versin inglesa (NdT). NudoCota (m)Demanda (l/s) 12100 22100 321510 421010 520015 621010 72100 82500 FUENTE SUM. BOMBADEPSITO 1912 32768 3 54485762. Gua Rpida 11 2.3Configuracin del Proyecto El primer paso va a ser crear un nuevo proyecto en EPANET y comprobar que las opcionespordefectosonlasdeseadas.Paracomenzarelejercicio,lanzar EPANET si no est ya en ejecucin, y seleccionar en la barra de mens la opcin Archivo>>Nuevoparacrearunnuevoproyecto.Acontinuacinseleccionar Proyecto>>ValoresporDefectoparaabrireldilogomostradoenlaFigura 2.2.UtilizaremosestedilogoparadejarqueEPANETpongaelidentificativo automticamentealosnuevosobjetosamedidaquesonaadidosalared, asignndolesnmerosconsecutivosapartirdel1.Paraello,enlapginadel dilogoetiquetadaconIdentificativosID,borrartodoslosprefijosyfijarel IncrementoIDen1.AcontinuacinseleccionarlapginadeOpc.Hidrulicas delmismodilogoyelegirlaopcinLPS(litrosporminuto)paralasUnidades deCaudal.ElloconllevaquelasunidadesmtricasSIsernutilizadastambin para las restantes magnitudes (longitudes en metros, dimetros de tubera en mm, presionesenmca,etc).SeleccionarigualmentelaFrmuladeDarcy-Weisbach (D-W)paraelclculodelasprdidadecarga.Sisedeseaguardartodasestas opciones para futuros proyectos, validar la casilla Guardar Valores por Defecto parafuturosproyectosquefiguraalpiedeldilogo,antesdeasumirlas definitivamente con el botn Aceptar. Figura 2.2Dilogo de Valores por Defecto para todo el Proyecto A continuacin seleccionaremos algunas opciones relativas a la visualizacin del esquema,demodoquealaadirobjetosalmismopodamosversussmbolose identificativosinmediatamente.ParaabrireldilogoOpcionesdelEsquema,seleccionarVer>>OpcionesdelMenPrincipal.Seleccionarahoralapgina Etiquetas de dicho dilogo y habilitar las opciones mostradas en la figura 2.3. 2. Gua RpidaGrup oREDHISP - UPV 12 Figura 2.3Dilogo de Opciones del Esquema de la Red AcontinuacinpasaralapginaSmbolosyhabilitartodaslasopciones.Pulsar finalmente el botn Aceptar para ratificar todas las opciones y cerrar el dilogo. Finalmente,antesdedibujarnuestrareddeberemoscomprobarquelaescala fijada para el esquema es adecuada. Seleccionar Ver >> Dimensiones en el Men PrincipalparaabrireldilogoDimensionesdelreadeDibujo,yobservarlas coordenadasasignadaspordefectoparaelreadetrazadodelareddelnuevo proyecto.Admitiremosquesonsuficientesparaesteejemplo,demodoque pulsaremos el botn Aceptar. 2.4Dibujo de la Red Estamos ahora en disposicin de construir la red haciendo uso del ratn y de los botonesdelaBarradeHerramientasdelEsquema,lacualsemuestraa continuacin(silaBarranoestuvieravisible,seleccionarVer>>Barra Herramientas >> Esquema). Primero que nada aadiremos la galera de agua filtrada.Pulsar el botn Aadir Embalse,yacontinuacinfijarconelratnsuposicinsobreelreade dibujo (en la zona izquierda). Ahoraaadiremoslosnudosdecaudal.PulsarelbotnAadirNudodeCaudal y marcar con el ratn sobre el rea de dibujo las posiciones de los nudos 2 a 7. FinalmenteaadireldepsitopulsandoelbotnAadirDepsitoy marcandosobreelreadedibujosuposicinconelratn.Enestemomentoel Esquema de la Red debe asemejarse al mostrado en la figura 2.4. Observar cmo 2. Gua Rpida 13 los identificativos se generan automticamente y de forma secuencial conforme se van aadiendo objetos a la red. Figura 2.4Esquema de la red despus de aadir los Nudos Acontinuacinaadiremoslastuberas.Comenzaremosconlatubera1,que conecta los nudos 2 y 3. Primeramente pulsar el botn Aadir Tubera de la Barra de Herramientas. A continuacin pulsar con el ratn el nudo 2 del esquema, yseguidamenteelnudo3.Mientrassedesplazaelratndelnudo2al3se observaruntrazadoprovisionaldelatubera.Repetirelmismoprocedimiento para las tuberas 2 a 7. A diferencia de las anteriores, la tubera 8 est curvada. Para dibujarla pulsar con elratnprimerosobreelnudo5.Acontinuacin,mientrassedesplazaelratn haciaelnudo6,pulsarenaquellospuntosenlosqueserequierauncambiode direccinparadarlealatuberaeltrazadodeseado.Elprocesosecompleta pulsando sobre el nudo 6. Finalmente,aadiremoslabomba.PulsarelbotnAadirBomba,a continuacin marcar con el ratn el nudo 1, y seguidamente el nudo 2. Parafinalizareldibujodelaredaadiremostresrtulosdescriptivospara identificarlagalera,labombayeldepsito.SeleccionarelbotnAadirTexto delaBarradeHerramientasdelEsquema,ypulsarenunpuntocercadel embalse(Nudo1).Apareceren seguidaunacajadetexto.Introducirlapalabra FUENTE SUM. y pulsar la tecla Intro. Pulsar a continuacin en otro punto cerca delabombaeintroducirelrtulocorrespondiente,yhacerlomismoparael depsito.Finalmente,pulsarelbotnSeleccionarObjetodelaBarrade Herramientas para dejar el esquema en el modo Seleccionar Objetos en lugar del modo Insertar Texto. En este momento habremos completado el dibujo de la red ejemplo. El Esquema delaReddebemostrarunaaparienciacomolade la Figura2.1Si los nudosno hubieranquedadobiensituados,puedendesplazarsepulsandosobreelnudocon el botn izquierdo del ratn dos veces, la primera para seleccionarlo liberando el botn, y la segunda para arrastrarlo hasta su nueva posicin sin soltar el botn del 2. Gua RpidaGrup oREDHISP - UPV 14 ratn.Observarcmolastuberasconectadasalnudosemuevenconl.Los rtulos pueden tambin reposicionarse de modo similar. Para modificar el trazado de la tubera 8 proceder del siguiente modo: 1.Pulsar primero con el ratn sobre la tubera 8 para seleccionarla, y a continuacin pulsar el botn de la Barra de Herramientas para poner el Esquema en el modo Seleccionar Vrtice. 2.Seleccionarunvrticesobrelatuberapulsandosobrelconel ratndosveces,laprimeraparaseleccionarloylasegundapara arrastrarlohastasunuevaposicin,manteniendoelbotndel ratn pulsado. 3.Sifueranecesario,sepuedenaadiroborrarvrticesdela tubera pulsando el botn derecho del ratn y eligiendo la opcin adecuada del men emergente. 4.Al terminar, pulsar el botn para volver al modo Seleccionar Objeto. 2.5Introduccin de las Propiedades de los Objetos Amedidaquelosobjetossonaadidosalproyecto,stosadquieren automticamentelaspropiedadespordefecto.Paracambiarelvalordeuna propiedaddeterminadadeunobjeto,stedebeseleccionarseantesconelEditor dePropiedades(figura2.5).Existendiversasformasdehacerlo.SielEditorya est visible, bastar pulsar sobre el objeto elegido o seleccionarlo desde la pgina deDatosdelVisor.SielEditornoestvisible,sepuedeabrirdealgunadelas siguientes maneras: Figura 2.5El Editor de Propiedades 2. Gua Rpida 15 Efectuando una doble pulsacin con el ratn sobre el objeto en el esquema. Pulsandoelbotnderechodelratnsobreelobjetoyeligiendolaopcin Propiedades del men emergente. Seleccionando el objeto desde el Visor de Datos, ypulsando sobre el botn Editar de dicha ventana (o bien efectuando una doble pulsacin sobre el mismo). Una vez seleccionado el objeto sobre el Editor de Propiedades, pulsando la tecla F1 se obtiene una descripcin completa de todas las propiedades listadas. Vamosacomenzarlaedicinseleccionandoelnudo2sobreelEditorde Propiedades,talcomosehadescritoantes.IntroduciremosahoralaCotayla DemandaBasedeestenudo(verTabla2.1)enloscamposapropiados.Para movernos de un campo a otro se pueden utilizar las flechas Arriba y Abajo del tecladoobienelratn.Bastaahorapulsarsobreotroobjeto(nudoolnea)para que sus propiedades aparezcan en el Editor de Propiedades. (Tambin se pueden utilizarlasteclasAvPgyRePgparapasaralobjetodelmismotipo inmediatamenteanterioroposteriorenlabasededatos).Deestemodonos iremos desplazando de un objeto a otro, rellenando la Cota y la Demanda Base en el caso de los nudos, y. Para la galera de agua filtrada (Nudo 1), habr que introducir su cota (210 m) en elcampoAlturaTotal.Paraeldepsito(Nudo8)introduciremoscomoCotade Solera250m,comoNivelInicial1m,comoNivelMnimo0m,comoNivel Mximo6mycomoDimetro20m.Enelcasodelabomba,necesitaremos asignarleunacurvacaracterstica(orelacinalturacaudal),paralocual introduciremoselidentificativo1enelcampocorrespondientealaCurva Caracterstica. Siguiendoelmismoprocedimientoutilizadoparalosnudos,pulsaremossobre cadaunadelastuberas(obienutilizaremoslasteclasAvPgyRePgpara movernosdeunatuberaaotra)alobjetodeintroducirsuspropiedadesatravs delEditordePropiedades,enparticularlaLongitud,DimetroyRugosidad (factor de D-W)(ver Tabla 2.2) . Enelcasodelabomba,esnecesarioasignarleunacurvacaracterstica(relacin altura - caudal) que defina su comportamiento. Seleccionar la bomba (Lnea 9) en elEditordePropiedadeseintroducirelIdentificativo1enelcampo correspondiente a la Curva Caracterstica. A continuacin tendremos que crear la CurvadelaBomba1.Paraello,desdeelVisordeDatosseleccionarlaopcin Curvas Comport. de la lista desplegable y pulsar el botn Aadir. Se aadir una nueva Curva a la base de datos, con el identificativo 1, y se abrir el dilogo delEditordeCurvasdeComportamiento(verFigura2.6).IntroducirelCaudal nominal(42l/s)ylaAlturanominal(45m)delabombaenelformulario. EPANET automticamente crear una curva completa de la bomba a partir de su puntonominal,cuyaformayecuacinpuedenobservarseenelmismo formulario. Pulsar finalmente el botn Aceptar para cerrar el Editor. 2. Gua RpidaGrup oREDHISP - UPV 16 Figura 2.6El Editor de Curvas 2.6Guardar y Reabrir el Proyecto Una vez completado el diseo inicial de la red, no est de ms guardar todos los datos antes de seguir adelante. 1.Desde el men Archivo seleccionar la opcin Guardar como. 2.EneldilogoGuardarelProyectoComo,seleccionaruna carpetayunnombredeficheroparaguardarelproyecto.Como sugerencia, puede guardarse con el nombre Mi_tutorial.net. (La extensin .net ser aadida si no se declara.) 3.Pulsar Aceptar para guardar el proyecto en dicho fichero. Losdatosdelproyectosernalmacenadosenelficheroenunformatobinario especial.Sisequiereguardarlosdatosenunficherodetextolegible,utilizarla orden Archivo >> Exportar >> Red... en lugar de la anterior. Paraabrirelproyectodenuevomstarde,seleccionarlaordenAbrirdelmen Archivo. 2.7Anlisis en Rgimen Permanente Disponemos ahora de la informacin suficiente para llevar a cabo una simulacin del comportamiento hidrulico de nuestra red ejemplo en rgimen permanente (o parauninstantedeterminado).ParaelloseleccionarlaopcinProyecto>> CalculardelabarrademensopulsarelbotnCalculardelaBarrade HerramientasEstndar.(SilaBarradeHerramientasnoestuvieravisible, seleccionar Ver >> Barra Herramientas >> Estndar en la barra de mens).2. Gua Rpida 17 Silasimulacinnotuvieraxito,apareceralaventanadeInformedeEstado indicandoculhasidoelproblema.Silasimulacinescorrecta,losresultados puedenverseahoraenunaampliavariedaddeformatos.Probemosalgunosde ellos: SeleccionarlaopcinPresineneldesplegableNudosdelVisordel Esquema y observar cmo se colorean los nudos, codificados por el valor de lapresin.Paramostrarlaleyendaconloscdigosdecoloresaplicados,si sta no estuviera ya visible, seleccionar Ver >> Leyendas >> Nudos (o pulsar el botn derecho del ratn en cualquier zona vaca del esquema y seleccionar la opcin Leyenda Nudos del men emergente).Para cambiar los intervalos obienloscoloresaplicados,pulsarconelbotnderechodelratnsobrela leyenda y abrir el Editor de Leyendas. Abrir el Editor de Propiedades (realizar una doble pulsacin sobre cualquier nudo o lnea) y observar que los resultados calculados aparecen al final de la lista de propiedades.Crear una lista tabulada con los resultados deseados seleccionando la opcin delmen Informes>>Tablas (obienpulsandoelbotn Tablas de la BarradeHerramientasEstndar).Lafigura2.7muestraunatablaconlos resultadosdelaslneasparaestecaso.Loscaudalesconsignonegativo indicanqueelflujovaendireccinopuestaaaquellaenquesedibujla tubera inicialmente. Figura 2.7Tabla con los Resultados en las Lneas 2. Gua RpidaGrup oREDHISP - UPV 18 2.8Anlisis en Periodo Extendido Paraconvertirnuestromodeloenuncasomsrealistayllevaracabouna simulacinenperiodoextendido3vamosacrearunaCurvadeModulacinpara hacer que las demandas en los nudos varen de forma peridica a lo largo del da. Para este ejemplo sencillo, aplicaremos una curva de modulacin con un intervalo de6horas,demodoque lademandacambiecuatrovecesporda (unacurvade modulacin horaria es ms usual, siendo ste el intervalo asignado por defecto al crearunproyecto).ParafijarelintervalodetiemposeleccionamosOpcionesTiemposenlapginadeDatosdelVisor,pulsamosacontinuacinelbotn Editar del propio Visor (o hacemos una doble pulsacin sobre la seleccin) para abrir el Editor de Propiedades (si an no es visible), e introducimos el valor 6 en elcampoIntervaloCurvasModulacin,comosemuestraenlafigura2.8.AprovechandoquetenemosabiertoeleditordeOpcionesdeTiempo,podemos imponer a continuacin la duracin total de la simulacin, que fijaremos en 3 das (introducir 72 horas en el campo Duracin Total). Figura 2.8Opciones de Tiempo Paracrearahoralacurvademodulacin,seleccionamoslacategoraCurvas Modulac.sobreelVisorypulsamoselbotnAadir(outilizarlatecla Insert). Se crear una nueva curva con el identificativo 1, y se abrir el Editor de Curvas de Modulacin (ver Figura 2.9). Introducir los multiplicadores0,5 1,3 1,0 y 1,2 para los intervalos1 a 4, con lo que cubriremos un total de 24 horas, y pulsarAceptarparacerrareleditor.Losmultiplicadoresseaplicansobrela demandabaseparamodificarsuvalorencadaintervalo.Puestoqueladuracin total de la simulacin es de 72 horas, el patrn anterior se repetir cada 24 horas. 3 la denominacin periodo extendido equivale a una sucesin de estados permanentes, en la que los niveles de los depsitos son actualizados tras cada etapa (NdT) 2. Gua Rpida 19 Figura 2.9Editor de Curvas de Modulacin AhoranecesitamosasignarlaCurvadeModulacin1alapropiedadCurvadeDemanda de todos los nudos de caudal de la red. A tal fin podemos hacer uso de unadelasopcionesdeEPANET,evitandoastenerqueeditartodoslosnudos individualmente.SiseabrenlasOpcionesHidrulicasenelEditorde PropiedadesseobservarquehayuncampodenominadoCurvaModulac.por Defecto.Introduciendoenlun1,laCurvadeModulacindelaDemandade todoslosnudospasaraserla1,yaquenoexisteotracurvaasignada especficamente a ningn nudo. Acontinuacinpodemosyarealizarunasimulacinhidrulicaenperiodo extendido. Para ello seleccionamos de nuevo Proyecto >> Calcular (o pulsamos elbotndelaBarradeHerramientasEstndar).Enunanlisisenperiodo extendido existen diversos modos de observar los resultados: LabarradedeslizamientosituadaenlapginadelEsquemadelVisor permiteobservarelesquemadelaredcodificadoporcoloresparadiversos instantes de la simulacin. Probar seleccionando la Presin como variable de nudo y el Caudal como variable de lnea (opciones por defecto). LosbotonesdevdeodelVisorpermitenanimarelesquemaparaverlos resultadosatravsdeltiempo.PulsarelbotndeAvanceparainiciarla animacin y el botn Paro para detenerla. Aadirflechasparaindicarladireccindeflujosobreelesquema (seleccionarVer>>OpcionesdelEsquema,acontinuacinlapgina FlechasdeldilogodeOpcionesdelEsquemayvalidarelestilodeflecha deseado).Acontinuacinanimardenuevolasimulacinyobservarel cambiodedireccindelflujoenlatuberaqueconectaconeldepsito,a medida que ste se llena y se vaca. 2. Gua RpidaGrup oREDHISP - UPV 20 Crear una curva de evolucin de las magnitudes asociadas a cualquier nudo o lnea. Por ejemplo, para ver cmo cambia el nivel del agua en el depsito con el tiempo:1.Pulsar sobre el smbolo del depsito. 2.SeleccionarInformes>>Grficos(opulsarelbotn GrficosdelaBarradeHerramientasEstndar)yse abrir el dilogo de Seleccin de la Grfica. 3.Seleccionar en dicho dilogo el botn Curva Evolucin. 4.SeleccionarlaAltura(olaPresin)comomagnituda representar. 5.PulsarAceptarparavalidarlaeleccinrealizadayverla curva correspondiente. Observar el comportamiento peridico de las variaciones de nivel del agua en el depsito (Figura 2.10). Figura 2.10Ejemplo de una Grfica de Evolucin del nivel del agua 2.9Anlisis de la Calidad del Agua Acontinuacinvamosavercmosepuedeampliarelanlisisanteriorpara incorporarunmodelodecalidad.Elcasomssimpleconsisteenrealizarun seguimiento del tiempo de permanencia del agua en la red mientras viaja a travs de la misma. Para realizar este anlisis basta seleccionar la opcin TiempoPerm. paralapropiedadTipoModeloCalidadeneleditordelasOpcionesdeCalidad (paraabrirdichodilogo,seleccionarOpciones-CalidadenlapginadeDatos delVisorypulsarelbotnEditarenlamismapginaparamostrarelEditorde Propiedades).Acontinuacinejecutarlasimulacinyseleccionarelparmetro TiempoPerm.eneldesplegabledelEsquemadelVisor,paraverlosresultados sobreelesquema.GenerarahoralaCurvadeEvolucindelTiempode Permanencia en el depsito. Observar cmo, a diferencia del nivel del agua, con 72horasdesimulacinnoessuficienteparaobteneruncomportamiento peridicodeltiempodepermanenciadelaguaeneldepsito(pordefecto,la simulacin comienza con un tiempo inicial de 0h para todos los nudos).2. Gua Rpida 21 Intentarrepetirahoralasimulacinconunaduracinde240horas,obien asignando un tiempo inicial de permanencia de 60 horas en el depsito (introducir para ello el valor 60 en la celda Calidad Inicial del Editor de Propiedades para el depsito).

Para concluir este repaso, vamos a simular el transporte y decaimiento del cloro a travs de la red. Introducir para ello los siguiente cambios en la base de datos: 1.Seleccionar la categora OpcionesCalidad en la pgina de Datos del Visor y abrir el Editor de Propiedades correspondiente. En el campo Tipo Modelo Calidad introducir la palabra Cloro. 2.Pasarahoraalacategora Opciones-Reaccionesdesdeelmismo Visor. Introducir como Coef. Global Reacc. Medio el valor 1,0. Estedatoreflejalavelocidadalacualdisminuyela concentracin de cloro debido a las reacciones que ocurren en el propio seno del agua. El mismo coeficiente ser aplicado a todas las tuberas de la red, si bien se puede editar individualmente para cada tubera si fuera necesario. 3.PulsarahorasobreelembalseyponersuCalidadIniciala1(1 mg/l).Estevalorindicalaconcentracindecloroqueentra continuamentealared.(Restablecerlacalidadinicialenel depsito al valor 0 si se hubiera cambiado) Ahoraejecutardenuevolasimulacin.Utilizarlabarradedeslizamientodela pginadelEsquemadelVisorparavercmovacambiandolaconcentracinde cloro a travs de la red y a lo largo del tiempo. Observar cmo para esta red tan simplelosnudos5,6y7presentannivelesbajosdeclorodebidoaquese alimentanconaguaprocedentedeldepsito,lacualpierdeall,durantesu estancia, gran parte del cloro con que entr. Crearfinalmenteuninformedelasreaccioneshabidasduranteestasimulacin seleccionando Informes >> Reacciones desde el Men Principal. Dicho informe debeparecersealmostradoenlaFigura2.11,paraunperiododesimulacinde 72 horas. En l se muestra cunto cloro se pierde por trmino medio en las tuberas, frente alquesepierdeeneldepsito.EltrminoMediohacereferenciaalas reaccionesqueocurrenen elsenodelagua,mientrasqueelrtuloParedhace referencia a las reacciones que ocurren en las paredes de las tuberas. Este ltimo valor es cero, dado que no hemos especificado ningn coeficiente de reaccin con las paredes en este ejemplo. 2. Gua RpidaGrup oREDHISP - UPV 22 Figura 2.11Ejemplo de Informe de Reacciones del cloro habidas en la red A travs de este ejemplo hemos visto solo unas pocas de las muchas prestaciones que ofrece EPANET. Algunas de las caractersticas adicionales con las cuales se puede experimentar son las siguientes: Editar las propiedades para un Grupo de Objetos que caen dentro de un rea delimitada por el usuario. AplicarLeyesdeControlpararegularelmododeoperacindelasbombas en base a la hora real o al nivel de agua en los depsitos. Explorar diferentes Opciones de Visualizacin del Esquema de la Red, tales como representar el tamao de los nudos en funcin del valor que toma una magnitud asociada. Superponer un Mapa de Fondo (p. ej. un mapa de calles) detrs del esquema de la red. CreardiferentesTiposdeGrficas,talescomoPerfilesLongitudinaleso Mapas de Isolneas. Aadir Datos de Calibracin con medidas de campo a un proyecto y obtener un informe sobre la bondad de la calibracin. Copiar el esquema de la red, una grfica o un informe al portapapeles, o bien a un fichero. Guardar y recuperar un Escenario de Diseo (p. ej. las demandas actuales en los nudos, los valores de la rugosidad en las tuberas, etc). 23 C A P I T U L O3-E L M O D E L OD E L A R E D EnestecaptulosedescribeelmodoenquesemodelanconEPANETlos distintoscomponentesfsicosynofsicosqueconfiguranunsistemade distribucindeagua,ysusparmetrosoperacionales.Encaptulosposteriores setratarconmsdetalleelmododeintroducirestoscomponentesdesdeel programa.Seofrecetambinunavisingeneraldelosmtodosdeclculoque empleaEPANETparasimularelcomportamientohidrulicodelaredyla evolucin de la calidad del agua en la misma. 3.1Componentes fsicos EPANET modela un sistema de distribucin de agua como un conjunto de lneas conectadasporsunudosextremos.Laslneasrepresentantuberas,bombas,o vlvulasdecontrol.Losnudosrepresentanpuntosdeconexinentretuberaso extremos de las mismas, con o sin demandas (en adelante los denominaremos en generalNudosdeCaudal),ytambindepsitosoembalses.Lafigurasiguiente muestra cmo se interconectan todos estos objetos entre s para formar el modelo de una red. Figura 3.1Componentes fsicos de un Sistema de Distribucin de Agua Nudos de Caudal Los Nudos de Caudal son los puntos de la red donde confluyen las tuberas o bien sus extremos, y a travs de ellos el agua entra o sale de la misma (tambin pueden ser slo puntos de paso). Los datos bsicos imputados a los nudos son: la cota respecto a un nivel de referencia (usualmente el nivel del mar) la demanda de agua (flujo que abandona la red)la calidad inicial del agua

Losresultadosobtenidosparalosnudos,encadaunodelosperiodosde simulacin, son: la altura piezomtrica (energa interna por unidad de peso del fluido, o bien suma de la cota ms la altura de presin) la presin la calidad del agua EmbalseBombaTuberaNudo de Demanda DepsitoVlvula3. El Modelo de la RedGrup oREDHISP -UPV 24 Los nudos de caudal pueden tambin: presentar una demanda variable en el tiempotener asignados distintos tipos de demanda (domstica, industrial, etc) presentarunademandanegativa,indicandoqueelcaudalentraalareda travs del nudo ser punto de entrada de una fuente contaminante a la red tenerasociadounemisor(ohidrante),cuyocaudaldesalidadependedela presin. Embalses Los Embalses son nudos que representan una fuente externa de alimentacin, de capacidadilimitada,obienunsumiderodecaudal.Seutilizanparamodelar elementos como lagos, captaciones desde ros, acuferos subterrneos, o tambin puntosdeentradaaotrossubsistemas.Losembalsespuedenutilizarsetambin como puntos de entrada de contaminantes. Las propiedades bsicas de un embalse son su altura piezomtrica (que coincidir conlacotadelasuperficielibredelaguasisteseencuentraalapresin atmosfrica),ylacalidaddelaguaenelmismo,casoderealizarunanlisisde calidad. Dado que un embalse acta como un elemento de contorno del sistema, su altura ocalidaddelaguanosevernafectadosporloquepuedaocurrirenlared.Por consiguiente,noexistenresultadosderivadosdelclculoenlosmismos.No obstante,sualturapuedehacersevariarconeltiempoasocindoleunacurvade modulacin (ver el epgrafe Curvas de Modulacin ms adelante). Depsitos Los Depsitossonnudosconciertacapacidadde almacenamiento,enloscuales el volumen de agua almacenada puede variar con el tiempo durante la simulacin. Los datos bsicos de un depsito son:la cota de solera (para la cual el nivel del agua es cero) el dimetro (o su geometra si no es cilndrico ) el nivel del agua inicial, mnimo y mximo del agua la calidad inicial del agua. Losprincipalesresultadosasociadosaundepsito,alolargodelasimulacin, son: la altura piezomtrica (cota de la superficie libre) la presin (o nivel del agua) la calidad del agua.

Elniveldelaguaenlosdepsitosdebeoscilarentreelnivelmnimoyelnivel mximo.EPANET impide la salidadel aguadeldepsitocuandoesta su nivel mnimo y cierra la entrada de agua cuando est a su nivel mximo. Los depsitos tambin pueden utilizarse como puntos de entrada de contaminantes a la red. 3. El Modelo de la Red 25 Emisores Losemisoressondispositivosasociadosalosnudosdecaudalquepermiten simularelflujodesalidaatravsdeunatoberauorificiodescargandoala atmsfera.Elcaudaldesalidaporunemisorvaraenfuncindelapresin disponible en el nudo, conforme a la ecuacin: p C q =donde q = caudal,p = presin,C = coeficiente de descarga, y = exponente de la presin. En el caso de las toberas y rociadores el exponente toma el valor 0,5 mientras que el coeficiente de descarga viene proporcionado por el fabricante, en unidades lps/m0.5(gpm/psi0.5), y representa el caudal que sale por el emisor para una cada de presin en el mismo de 1 m (1 psi). Los emisores se emplean para simular el caudal que sale a travs de un rociador en una red de extincin de incendios, o a travs de un hidrante en un sistema de riego a presin. Tambin pueden emplearse para simular una fuga en una tubera conectadaalnudo(enestecasoelcoeficientededescargayelexponentedela presin enlafugadeben estimarse)o paracalcularelcaudaldeincendiosenun nudo(estoes,elcaudalextraquepuedesuministrarseparaunapresinresidual mnima).Paraestoltimobastaimponerunvalorelevadoalcoeficientede descarga(p.ej.100veceselcaudalmximoesperado)ymodificarlacotadel nudo agregndole el valor de la presin mnima requerida, en m (pies). EPANET interpreta los emisores como una propiedad del nudo, y no como un componente independiente. Cuando se especifica un emisor y una demanda normal en un nudo, el valor que presentaEPANETenlosresultadosdesalidaincluyeaambos,lademanda normal y el caudal que atraviesa el emisor. Tuberas Lastuberassonlneasquetransportanelaguadeunnudoaotro.EPANET asumequelastuberasestncompletamentellenasentodomomento,ypor consiguiente que el flujo es a presin. La direccin del flujo es siempre del nudo demayoralturapiezomtrica(sumadelacotamslapresin,obienenerga internaporunidaddepeso)aldemenoralturapiezomtrica.Losprincipales parmetros de una tubera son: los nudos inicial y final el dimetro la longitud el coeficiente de rugosidad (para calcular las prdidas de carga) su estado (abierta, cerrada, o con vlvula de retencin). Elparmetrodeestadopermitesimularelhechodequeunatuberaposea vlvulas de corte o vlvulas de retencin (vlvulas que permiten el paso del flujo en un solo sentido) sin tener que modelar estos elementos explcitamente.

Los datos de una tuberas relacionados con los modelos de calidad son: el coeficiente de reaccin en el medio el coeficiente de reaccin en la pared. 3. El Modelo de la RedGrup oREDHISP -UPV 26 Estos coeficiente son analizados con mayor profundidad en el apartado 3.4 Los resultados en una tubera contemplan: el caudal de circulacin la velocidad del flujo la prdida de carga unitaria el factor de friccin para la frmula de Darcy-Weisbach la velocidad media de reaccin (a lo largo de la tubera) la calidad media del agua (a lo largo de la tubera). La prdida de carga (o de altura piezomtrica) en una tubera debida a la friccin porelpasodelagua,puedecalcularseutilizandotresfrmulasdeprdidas diferentes: la frmula de Hazen-Williamsla frmula de Darcy-Weisbach la frmula de Chezy-Manning LafrmuladeHazen-WilliamseslamsutilizadaenEEUU.Sinembargo,no puede utilizarse para lquidos distintos del agua, y fue desarrollada originalmente sloparaflujoturbulento.Desdeelpuntodevistaacadmico,lafrmulade Darcy-Weisbacheslamscorrecta,yesaplicableatodotipodelquidosy regmenes.Finalmente,lafrmuladeChezy-Manningesutilizadausualmente paracanalesytuberasdegrandimetro,dondelaturbulenciaestmuy desarrollada. Todas las frmulas emplean la misma ecuacin bsica para calcular la prdida de carga entre el nudo de entrada y el de salida: BLAq h =dondehL=prdidadecarga(enunid.longitud),q=caudal(enunid. volumen/tiempo), A = coeficiente de resistencia, y B = exponente del caudal. En la Tabla3.1selistan lasexpresionesdelcoeficiente deresistenciayelvalordel exponente del caudalpara cadaunade lasfrmulasdeprdidasindicadas.Cada frmulautilizauncoeficientederugosidaddistinto,elcualdebedeterminarse empricamente.EnlaTabla3.2selistanlosrangosdevariacindeestos coeficientes, para tubera nueva de distintos materiales. En la prctica hay que ser conscientesdequeelvalordeestoscoeficientespuedecambiar considerablemente con la edad de las tuberas.

AlaplicarlafrmuladeDarcy-Weisbach,EPANETempleadistintosmtodos para calcular el factor de friccin f, dependiendo del tipo de rgimen: Para flujo laminar (Re < 2.000) emplea la frmula de HagenPoiseuilleParaflujoturbulento(Re>4.000)emplealaaproximacinexplcitade Swamee y Jain a la frmula de Colebrook-WhiteParaelflujodetransicin(2.000= 6 PMOR SYSTEM CLOCKTIME < 8 AMAND TANK 1 LEVEL BELOW 1.4THEN PUMP 335 STATUS IS OPEN UnadescripcincompletadelosformatosutilizadosporlasLeyesdeControl basadasenReglaspuedeencontrarseenelApndiceC,dentrodelaseccin [RULES]. 3.3El Modelo de Simulacin Hidrulica El modelo de simulacin hidrulica de EPANET calcula las alturas piezomtricas enlosnudosyloscaudalesenlaslneas,dadoslosnivelesinicialesenlos embalses y depsitos, y la sucesin en el tiempo de las demandas aplicadas en los nudos.Deuninstantealsiguienteseactualizanlosnivelesenlosdepsitos conformealoscaudalescalculadosqueentranosalendelosmismos,ylas demandasenlosnudosynivelesenlosembalsesconformeasuscurvasde modulacin.Paraobtenerlasalturasycaudalesenundeterminadoinstantese resuelvensimultneamentelasecuacionesdeconservacindelcaudalenlos nudosylasecuacionesdeprdidasentodoslostramosdelared.Esteproceso, conocidocomoequilibradohidrulico,requiereelusodemtodoiterativos pararesolverlasecuacionesdetiponolinealinvolucradas.EPANETempleaa tal fin el Algoritmo del Gradiente. Para ms detalles, consultar el Apndice D. Elintervalodeclculohidrulicoutilizadoparallevaracabolasimulacinen periodoextendido(EPS)puedeserfijadoporelusuario.Elvalortpicoesde1 hora. Sin embargo, en ocasiones el intervalo utilizado por EPANET internamente puede ser ms corto, por alguna de las siguiente razones: la intercalacin de un instante en el que se desean conocer los resultados la intercalacin de un instante obligado por las curvas de modulacin un depsito se llena o se vaca se activa una ley de control simple o basada en reglas 3.4ElModelo de Simulacin de la Calidad del Agua ElsimuladordecalidaddeEPANETutilizaunaaproximacinLagrangianapara efectuarelseguimiento,aintervalosfijosdetiempo,deldestinodeunaseriede segmentosdiscretosdeaguaconsideradasapriori,amedidaquestasavanzan porlastuberasysemezclanenlosnudosdeconfluencia.Losintervalosde tiempoempleadosparaejecutarelmodelodecalidadsonnormalmentemuy inferiores a los empleados para ejecutar el modelo hidrulico (minutos, ms bien que horas) con el fin de ajustarse a los pequeos tiempos de recorrido que pueden darseenalgunastuberas.Sinembargo,aligualquesucedeconelmodelo 3. El Modelo de la RedGrup oREDHISP -UPV 38 hidrulico, losresultadossemuestrannicamenteen losinstantesprefijadospor el usuario para confeccionar el informe. El Modelo de Transporte El mtodo empleado por el algoritmo lagrangiano va actualizando en cada paso la concentracin y el tamao de una serie de segmentos de agua, los cuales rellenan lastuberassinsolapamientos.Amedidaqueavanzaeltiempo,elprimer segmento aguas arriba de una lnea incrementa su tamao para alojar el agua que va entrando a la misma. Al propio tiempo, el ltimo segmento de la lnea pierde volumendebidoalaguaqueabandonalalnea,reducindoseenuntamao equivalente.Encuantoalossegmentosintermedios,sutamaopermanece constante. Encadaintervalodetiempodelmodelodecalidad,elcontenidodecada segmento es sometido a las reacciones pertinentes. Adems sedetermina la masa y caudal total que llega a cada nudo, al tiempo que se actualizan las posiciones de todoslossegmentosconsiderados.Acontinuacinsecalculanlas concentraciones resultantes en los nudos, para lo cual se tiene en cuenta tambin lasposiblescontribucionesdesdefuentesexternas.Atalfin,stasseactualizan antesenfuncindeltipodemodelodemezcladefinido(vermsadelante). Finalmente, para todas las tuberas que parten de un nudo, si la calidad resultante enelmismodifieredeladelltimosegmentodelatuberaenunacantidad superior a la tolerancia definida por el usuario, se crear un nuevo segmento en el extremo aguas arriba de dicha tubera. Inicialmente cada tubera consta de un solo segmento cuya calidad se iguala a la calidaddelnudoaguasarriba.Cuandoseinvierteelflujoenunatubera,los distintossegmentosdequeconstaenesemomentosereordenansegnelnuevo sentido de circulacin del agua. Modelos de Mezcla en los Depsitos EPANETpuedeutilizarcuatromodelosdiferentesparasimularelprocesode mezcla que ocurre en los depsitos, los cuales se muestran en la Figura 3.5: Mezcla completa Mezcla en Dos Compartimentos Flujo en Pistn tipo FIFOFlujo en Pistn tipo LIFO Cada depsito de la red puede asociarse con un modelo diferente. El Modelo de Mezcla Completa (Figura 3.5 A) asume que toda el agua que entra aldepsito semezclatotaleinstantneamenteconelaguayaalmacenada.Es el modelodemezclamssencilloquepuedeformularse,norequiereningn parmetroextra,ylaprcticademuestraqueseajustabastantebienaungran nmero de depsitos de regulacin. ElModelodeDosCompartimentos(Figura3.5B)divideelvolumende almacenamientodeldepsitoendoscompartimentos,encadaunodeloscuales seadmitelamezclacompleta.Sesuponeademsquelastuberasdeentraday 3. El Modelo de la Red 39 salidadeldepsitoseencuentranconectadasalprimercompartimento.Elagua nuevaqueentraaldepsitosemezclaconelaguacontenidaenelprimer compartimento.Sisteestlleno,elexcesodeaguapasaalsegundo compartimento,dondesemezclatotalmenteconelaguaalmacenadaenl. Cuandoelaguaabandonaeldepsito,saledelprimercompartimento,ysi estuvieralleno,recibeunacantidadequivalentedeaguadelsegundo compartimento.Elprimercompartimentopretendesimularunazonade cortocircuito entre el flujo que entra y el flujo que sale, mientras que el segundo compartimento representa una zona muerta. El usuario debe proporcionar en este modelounparmetroadicional,lafraccindelvolumentotaldeldepsitoque corresponde al primer compartimento. Figura 3.5Modelos de Mezcla en los Depsitos El Modelo de Flujo en Pistn tipo FIFO(First Input is First Output) (Figura 3.5 C) supone que no hay mezcla alguna del agua mientras permanece en el depsito. Losdiferentesvolmenesdeagua,aunsiendocontiguos,viajandeforma separadaporelinteriordeldepsito,deformaqueelprimervolumenenentrar serelprimeroensalir.Desdeunpuntodevistafsico,estemodeloresulta apropiadoparasimulardepsitosconpantallasensuinterior,yqueoperancon flujoscontinuosdeentradaysalida.Nosenecesitaningnparmetroadicional para caracterizar este modelo de mezcla. Finalmente, el Modelo de Flujo en Pistn tipo LIFO (Last Input is First Output) (Figure3.5D)tambinasumequenohaymezcladeaguaentrelosdiferentes volmenes que entran al depsito. Sin embargo, a diferencia del modelo anterior, losdistintosvolmenessevanapilandounosobreotro,amedidaqueelagua entra o sale del depsito por el fondo. Este tipo de modelo es aplicable a torres de Zona Entrada-Salida Zona Principal (B) Mezcla de Dos Compartimentos (D) Flujo en Pistn - LIFO (C) Flujo en Pistn - FIFO(A) Mezcla completa 3. El Modelo de la RedGrup oREDHISP -UPV 40 agua altas y estrechas, con una tubera nica de entrada y salida en el fondo, y con unacantidaddemovimientodelflujoentrantereducida.Comoenelcaso anterior, tampoco se requiere ningn parmetro adicional. Reacciones que afectan a la Calidad del Agua EPANETpuederealizarelseguimientodelcrecimientoodecrecimientodeuna sustanciadebidoareaccionesinternas,mientrasstaviajaatravsdelaredde distribucin. Para llevar ello a cabo es necesario conocer la velocidad de reaccin de la sustancia y la medida en que sta depende de su propia concentracin. Las reaccionespuedenproducirseenelsenodellquido,ytambinconelmaterial que recubre las paredes de las tuberas, tal como se muestra en la Figura 3.6. En dichoejemplo,sehasupuestolapresenciadeclorolibre(ClOH),unapartedel cual reacciona con lamateria orgnicanatural (MON)enelflujoprincipal,para darlugaralossubproductosderivadosdeladesinfeccin(SPD),mientrasque otraparteestransportadoalacapalmiteprximaalapared,dondeoxidaal hierro(Fe)liberadoporla corrosindelatubera.Lasreaccionesenelsenodel lquido pueden ocurrir tambin en los depsitos, de modo que EPANET permite al usuario tratar estas dos zonas de reaccin separadamente. Figura 3.6Zonas de Reaccin en el interior de una Tubera Reacciones en el seno del agua EPANETsimulalasreaccionesqueocurrenenelsenodelaguamedianteuna cintica de orden n, lo que significa que la velocidad instantnea de reaccin R de una sustancia (expresada en unidades de masa/volumen/tiempo) depende en cada momento de la concentracin de dicha sustancia, de acuerdo con la expresin:nbC K R =dondeKb=coeficientedereaccinenelmedio,C=concentracindelreactivo (masa/volumen),yn=ordendela reaccin.ElcoeficienteKbtieneunidadesde concentracinelevadaalapotencia(1-n)ydivididoportiempo.Susignoser positivo si la cantidad de sustancia crece con el tiempo, y negativo si decrece. EPANETescapazdesimulartambinreaccionesquetiendenauna concentracin lmite,yaseaporcrecimiento odecrecimientode la sustancia.En este caso, la expresin de la velocidad de reaccin tiene la forma: ) 1 () ( =nL bC C C K R paran > 0,Kb > 0 ) 1 () ( =nL bC C C K R paran > 0,Kb < 0 ClOH MON SPDFe+3 Fe+2KbCapa Lmite KwFlujo Principal 3. El Modelo de la Red 41 dondeCL=concentracinlmite.Porconsiguiente,sedisponedehastatres parmetros(Kb,CL,yn)paracaracterizarlasreaccionesenelmedio.Algunos ejemploscuyacinticaesbienconocidaserecogenenlatablasiguiente(verel Apndice D para ms ejemplos): ModeloParmetrosEjemplos Decrecimiento de Primer OrdenCL = 0, Kb < 0, n = 1Cloro Crecimiento de Primer Orden hasta la Saturacin CL > 0, Kb > 0, n = 1Trihalometanos Cintica de Orden CeroCL = 0, Kb 0, n = 0Tiempo PermanenciaSin reaccinCL = 0, Kb = 0Trazas de Flor ElvalordeKbparareaccionesdeprimerordenpuedeestimarsecolocandouna muestradeaguaenunaseriedebotellasdecristalnoreactivo,yanalizandoel contenido de la sustancia en cada botella tras un tiempo de permanencia distinto para cada una. Si la reaccin es de primer orden, al representar frente al tiempo el logaritmonaturaldelaconcentracinCtenelinstantetrespectoala concentracin Co en el instante inicial, esto eslog (Ct /Co),deber obtenerse una recta, cuya pendiente es el valor de Kb. Elcoeficientedereaccinenelmediousualmenteaumentaconlatemperatura. Larealizacindevariosensayosenlaboratorioconmuestrasadiferentes temperaturasnospermitirvalorarelefectodestasobreelcoeficientede reaccin. Reacciones en la Pared La velocidad de reaccin de las sustancias que reaccionan en, o cerca de, la pared de las tuberas, puede considerarse que depende de la concentracin en el seno del agua del flujo principal mediante la expresin: nwC K V A R ) / ( =dondeKw=coeficientedereaccinenlaparedy(A/V)=superficiedecontacto porunidaddevolumenenelinteriordelatubera(iguala4divididoporel dimetro de la tubera). El ltimo trmino convierte la velocidad de reaccin por unidad de rea en velocidad por unidad de volumen. EPANET limita las opciones paralavelocidaddereaccinenlaparedaorden0uorden1,conloquelas unidadesdeKwsonmasa/rea/tiempoobienlongitud/tiempo,dependiendodel ordendelareaccin.AligualqueKb,elcoeficienteKwdebeserproporcionado por el usuario. Los valores de Kw para reacciones de primer orden pueden ir desde 0 hasta 1,5 m/da. ElcoeficienteKwdebeajustarseparatenerencuentacualquierlimitacinenla transferenciademasaque puedaafectaralmovimientodereactivosyproductos de reaccin entre la corriente principal y la pared. EPANET tiene esto en cuenta automticamente, en base a la difusin molecular de la sustancia considerada y el nmero de Reynolds del flujo. Ver el Apndice D para ms detalles. (Si se pone la difusin molecular como cero, las limitaciones de transferencia de masa sern ignoradas). El coeficiente de reaccin en la pared puede depender de la temperatura y puede tambin correlacionarse con la edad de la tubera y el material. En efecto, es bien sabido que con el paso del tiempo la rugosidad de las tuberas metlicas tiende a incrementarsedebidoalaformacindeincrustacionesytubrculosprocedentes 3. El Modelo de la RedGrup oREDHISP -UPV 42 delacorrosindelasparedes.Elincrementodelarugosidaddalugarauna disminucindelcoeficienteCdeHazen-Williams,obienunaumentodel coeficientederugosidaddeDarcy-Weisbach,provocandoendefinitivauna mayor prdida de carga en la tubera. Existenalgunasevidenciasquesugierenqueelmismoprocesoquehace incrementarlarugosidaddelatuberaconel