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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL SAN RAFAEL
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
Ctedra de Ingeniera Sanitaria
ABASTECIMIENTO POBLACIONAL
Programa EPANET
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PROGRAMA EPANET 2
1 - INTRODUCCION
El programa de clculo EPANET est destinado a analizar el
comportamiento hidrulico y de la calidad del agua en redes de
distribucin de agua a presin. Ha sido desarrollado por el
Laboratorio Nacional de Investigacin para la Prevencin de Riesgos
(NRMRL) de la Agencia para la Proteccin del Medio Ambiente de EEUU
(USEPA) y como tal es un software de dominio pblico. La versin en
espaol ( EPANET 2.0 _Esp ), ha sido traducida por el Departamento
de Ingeniera Hidrulica y Medio Ambiente de la Universidad
Politcnica de Valencia (Espaa) y al igual que la versin inglesa, se
ofrece como un producto de dominio pblico. Por consiguiente tambin
puede copiarse y distribuirse libremente. Este programa puede
realizar simulaciones hidrulicas en periodos extendidos y
determinar la condicin de funcionamiento de la red para un instante
determinado; y tambin simulaciones de calidad de agua. Con el mismo
se puede estudiar la evolucin de los caudales en las caeras, las
presiones en los nudos, el nivel de agua en los depsitos, y la
concentracin de cualquier sustancia qumica disuelta en el agua que
fluye por la red, a lo largo de un perodo prolongado de simulacin.
Adems de la concentracin de las distintas sustancias, puede tambin
simular el tiempo de permanencia del agua en la red y su
procedencia desde las diversas fuentes de suministro. Por sus
caractersticas constituye una valiosa herramienta de investigacin
para mejorar el conocimiento sobre el avance y destino final de las
diversas sustancias transportadas por el agua, mientras sta escurre
por la red distribuidora. Entre sus diferentes aplicaciones puede
citarse el diseo de programas de muestreo, la calibracin de un
modelo hidrulico, el anlisis de cloro residual, o la evaluacin de
las dosis totales suministradas. Adems de resultar sumamente til
para el dimensionamiento y verificacin de redes de distribucin,
EPANET puede resultar tambin de ayuda para evaluar diferentes
estrategias de gestin dirigidas a mejorar la 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, implantar
estaciones de tratamiento secundarias, tales como puntos de
recloracin o depsitos intermedios, establecer planes de limpieza y
reposicin de tuberas, etc. El mismo proporciona un entorno
integrado bajo Windows, para la edicin de los datos de entrada a la
red, la realizacin de simulaciones hidrulicas y de la calidad de
del agua, y la visualizacin de los resultados en una amplia
variedad de formatos. El mdulo de clculo para anlisis de redes
contiene una integracin de diferentes algoritmos, como mtodo del
gradiente, matrices vacas, teora de grafos, etc. Admite para el
clculo de prdidas de cargas tres frmulas distintas, bombas de
velocidad fija o variable, vlvulas de regulacin y automticas,
depsitos de nivel variable o constante, controles temporales o por
consignas para la apertura o cierre de vlvulas, accionamiento de
bombas, posicionamiento de vlvulas reguladoras y automticas. Para
la modelizacin de la calidad del agua se utiliza el mtodo de los
volmenes discretos que contempla la posibilidad de que las
sustancias transportadas sufran sinergismos con el propio medio o
con las paredes de la tubera.
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PROGRAMA EPANET 3
2 PRESTACIONES DEL PROGRAMA
El programa contiene un simulador muy avanzado que ofrece las
siguientes prestaciones para la confeccin de MODELOS HIDRAULICOS: -
no existe lmite en cuanto al tamao de la red que puede procesarse.
- las prdidas de carga pueden calcularse mediante las frmulas de
Hazen-Williams, de Darcy-Weisbach o de Chezy-Manning. - permite
contemplar prdidas localizadas en curvas, accesorios, etc. - admite
bombas de velocidad fija o variable. - determina el consumo
energtico de las electrobombas y sus costos. - permite considerar
varios tipos de vlvulas, tales como vlvulas de cierre, de retencin,
y reguladoras de presin o de caudal. - admite depsitos de geometra
fija o variable (esto es, de seccin constante o que vare con el
nivel) - permite considerar diferentes tipos de demanda en los
nudos, cada uno con su propia curva de modulacin en el tiempo. -
permite considerar nudos cuyo caudal de consumo dependa de la
presin ( por ejemplo rociadores e hidrantes) - admite leyes de
control simples, basadas en el nivel en los depsitos o en la hora
prefijada por un temporizador, y leyes de control ms complejas
basadas en reglas lgicas. En lo referente al desarrollo de MODELOS
DE CALIDAD DE AGUA, brinda las siguientes posibilidades: - simula
el desplazamiento de trazadores no reactivos por toda la red, a lo
largo del tiempo. - simula el avance y destino final de las
sustancias reactivas cuya concentracin o bien crece en el tiempo
(por ejemplo los subproductos derivados de la desinfeccin) o bien
decrece (por ejemplo el cloro residual). - simula el tiempo de
permanencia (o envejecimiento) del agua mientras escurre por la
red. - permite seguir la evolucin en el tiempo de la fraccin de
caudal que llega a cada nudo de la red procedente de un nudo
determinado (anlisis de 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, y tambin cinticas
de Michaelis-Menton para modelar reacciones en el seno del agua,
como el crecimiento biomolecular o de enzimas. - emplea cinticas de
orden cero o de primer orden para modelar las reacciones en las
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PROGRAMA EPANET 4
paredes de las tuberas. - tiene en consideracin las limitaciones
de transferencia de masa al modelar las reacciones en las paredes
de las tuberas. - admite reacciones de crecimiento o de
decrecimiento de la concentracin de una sustancia hasta llegar a un
valor lmite. - permite definir coeficientes de reaccin globales
para toda la red, y modificar stos posteriormente para determinadas
tuberas. - permite correlacionar los coeficientes de velocidad de
reaccin en la pared de las tuberas con su rugosidad. - permite
considerar la inyeccin en cualquier punto de la red de un caudal
msico o de concentracin definida, variable en el tiempo. - la
evolucin de la calidad del agua en los depsitos de regulacin puede
simularse mediante varios modelos diferentes para caracterizar los
procesos de mezcla (mezcla completa, de flujo pistn, o como un
reactor de dos compartimentos). Mediante estas prestaciones, el
programa permite estudiar fenmenos relacionados con la calidad del
agua tales como: - la mezcla de agua procedente de diversas
fuentes. - el envejecimiento del agua mientras fluye por la red. -
el decaimiento 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. 3 MODELIZACION DE
LA RED
El programa modela un sistema de distribucin de agua como un
conjunto de lneas conectadas por sus nudos extremos. Las lneas
representan caeras, bombas o vlvulas de control. Los nudos
representan puntos de conexin entre caeras o extremos de las
mismas, con o sin demanda, y tambin depsitos y embalses. La figura
siguiente muestra como se interconectan todos estos objetos entre s
para formar el modelo de una red.
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PROGRAMA EPANET 5
3.1 - NUDOS
Los nudos (denominados en general por el programa Nudos de
Caudal) son los puntos de la red donde confluyen las caeras o bien
sus extremos, y a travs de ellos el agua entra o sale del sistema
(tambin pueden ser slo puntos de paso, sin demanda o con demanda
nula) Los datos bsicos a proporcionar por cada nudo son:
La cota respecto a un nivel de referencia (usualmente se adopta
la cota de terreno referida al IGM o a un cero local comn para toda
la red).
La demanda de agua o el caudal de consumo atribuido al nudo.
La calidad inicial del agua.
Los resultados obtenidos para los nudos en cada uno de los
perodos de simulacin que se consideren, son:
La altura piezomtrica.
La presin disponible.
La calidad del agua. Los nudos de caudal pueden tambin:
Presentar una demanda variable en el tiempo.
Presentar una demanda negativa, indicando que el caudal entra a
la red a travs del mismo.
Ser punto de entrada de una fuente contaminante a la red.
Tener asociado un emisor o un hidrante, cuyo caudal de salida
depende de la presin.
Los nudos de almacenamiento (depsitos y embalses) constituyen un
tipo especial de nudos en los que existe una superficie libre, y
cuya altura piezomtrica es simplemente la elevacin del nivel del
agua sobre el nivel tomado como referencia para el proyecto. Los
depsitos se diferencian de los embalses en que el nivel de agua
vara a medida que el agua entra o sale de ellos, mientras se supone
que en los embalses el nivel permanece constante sin importar la
magnitud del caudal en circulacin. 3.2 - EMBALSES
Los embalses son nudos que constituyen una fuente externa de
alimentacin, de capacidad ilimitada, o bien un sumidero de los
caudales excedentes del sistema.
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PROGRAMA EPANET 6
Estos nudos son utilizados usualmente para representar aportes
externos de agua desde lagos, ros o reas de captacin de aguas
subterrneas o tambin puntos de entrada o de derivacin a otros
subsistemas. Los nudos de almacenamiento no deben tener ningn
caudal de consumo o suministro asociado con ellos. Los embalses
pueden utilizarse tambin para simular puntos de ingreso de
contaminantes. Las propiedades bsicas de un embalse son su altura
piezomtrica (que coincidir con la cota de la superficie libre del
agua si ste se encuentra a la presin atmosfrica), y la calidad del
agua en el mismo, en caso de efectuarse un anlisis de calidad. Dado
que un embalse acta como un elemento de contorno del sistema, sus
propiedades bsicas (altura y calidad del agua) no se vern
modificadas por lo que pueda ocurrir en la red. No obstante, se
puede asignar una curva de modulacin a la cota del nivel lquido del
embalse (o a su altura piezomtrica) para imponer la variacin
temporal de la misma como condicin de borde. La informacin a
suministrar para el embalse es:
La altura total o nivel de la superficie libre del mismo.
La calidad inicial del agua. Los principales resultados
asociados a un embalse, a lo largo de una simulacin, son:
El caudal neto entrante ( signo negativo significa un caudal
efluente al mismo)
La altura piezomtrica (cota de la superficie libre).
La presin o nivel del agua.
La calidad 3.3 - DEPOSITOS
Los depsitos son nudos con cierta capacidad de almacenamiento,
en los cuales el volumen de agua almacenada puede variar a lo largo
del tiempo, durante la simulacin. Se utilizan para representar
cisternas o reservas de almacenamiento, tanques de distribucin y
tanques de compensacin. Los datos bsicos a proporcionar por cada
depsito son:
La cota de solera o de fondo (para la cual el nivel de agua es
cero).
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PROGRAMA EPANET 7
El dimetro (o su geometra si no es cilndrico).
Los niveles de agua (inicial, mnimo y mximo) respecto del
fondo.
La calidad inicial del agua.
Los principales resultados asociados a un depsito, a lo largo de
una simulacin, son:
La altura piezomtrica (cota de la superficie libre).
La presin o nivel del agua.
La calidad del agua. El programa utiliza la siguiente ecuacin
para determinar la variacin de nivel en un depsito: y = q x t / A
donde: y = VARIACIN DEL NIVEL DEL AGUA EN EL DEPSITO q = CAUDAL
ENTRANTE (+) O SALIENTE (-) DEL DEPSITO. A = SECCIN TRANSVERSAL DEL
DEPSITO. t = INTERVALO DE TIEMPO. Por consiguiente, EPANET necesita
conocer en los depsitos la seccin transversal, as como los niveles
mximo y mnimo permitidos, ya que impide la salida del agua del
depsito cuando est a su nivel mnimo y cierra la entrada de agua
cuando alcanza su nivel mximo. Para ello debe ingresarse como dato
el dimetro del depsito si la seccin de este es uniforme (tanques
cilndricos o prismticos) o proporcionarse una curva de cubicacin,
que relacione el volumen de agua almacenado con el nivel de agua en
el depsito, si la seccin transversal vara con la altura. 3.4 -
EMISORES
Los emisores son dispositivos asociados a los nudos que permiten
simular el flujo de salida a travs de una tobera o de un orificio
descargando a la atmsfera. El caudal de salida por un emisor vara
en funcin de la presin disponible en el nudo, conforme la siguiente
ecuacin: q = C x pd Donde: q = CAUDAL DE DESCARGA.
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PROGRAMA EPANET 8
C = COEFICIENTE DE DESCARGA. p = PRESIN DISPONIBLE. d =
EXPONENTE DE LA PRESIN. En el caso de toberas y rociadores el
exponente d toma el valor 0,5 mientras que el coeficiente de
descarga es proporcionado por el fabricante del equipo. Se expresa
en lts/ seg x ( 1 / m 0,5 ) y representa el caudal que sale por el
emisor para una cada de presin en el mismo de 1 m.c.a Los emisores
se emplean para simular el caudal que sale a travs de un hidrante o
de un rociador (sprinkler) en una red de extincin de incendio o en
un sistema de riego a presin. Tambin puede emplearse para simular
una fuga en una tubera conectada al nudo (en este caso el
coeficiente de descarga y el exponente de la presin deben
estimarse) o para calcular el caudal de incendios en un nudo (esto
es, el caudal extra que puede suministrarse para una presin
residual mnima). Para esto ltimo basta imponer un valor elevado al
coeficiente de descarga (por ejemplo 100 veces el caudal mximo
esperado) y modificar la cota del nudo agregndole el valor de la
presin mnima requerida, en metros. El programa interpreta a 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 presenta EPANET en los resultados de
salida incluye a ambos, la demanda normal y el caudal que atraviesa
el emisor. 3.5 - CAERIAS
Las tuberas son lneas que transportan agua a presin de un nudo a
otro, y la direccin del flujo es siempre del nudo de mayor altura
piezomtrica al de menor altura. Los principales parmetros de
entrada son:
Los nudos aguas arriba y aguas abajo.
El dimetro.
La longitud.
El coeficiente de rugosidad (para calcular las prdidas de
carga)
El coeficiente de prdidas localizadas o menores.
El estado de apertura o cierre de la misma (abierta, cerrada o
con vlvula de retencin).
El parmetro de estado permite simular el hecho de que una caera
posea una vlvula de cierre o una vlvula de retencin, sin tener que
modelar estos elementos explcitamente.
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PROGRAMA EPANET 9
Las vlvulas de cierre (tipo esclusa o compuerta) y las vlvulas
de retencin o antirretorno, cuya accin es abrir o cerrar totalmente
el flujo, no se consideran como lneas independientes, sino que
deben incorporarse como propiedades de la tubera en la cual se
alojan. Las vlvulas de retencin que se incorporen al modelo solo
permitirn el flujo desde el nudo inicial al nudo final. Los datos a
suministrar relacionados con los modelos de calidad son:
El coeficiente de reaccin en el medio lquido.
El coeficiente de reaccin en la pared de las conducciones. Los
resultados que proporciona la corrida del programa para cada caera
son:
El caudal de escurrimiento.
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). Las prdidas
de cargas por friccin asociadas al caudal se expresan de modo
general a travs de la siguiente formula:
h = r x Q n Donde: h = PRDIDA DE CARGA. Q = CAUDAL DE
ESCURRIMIENTO. r = RESISTENCIA RELATIVA n = EXPONENTE DEL CAUDAL.
Para el clculo de las prdidas de carga se pueden utilizar
cualquiera de las siguientes frmulas: Hazen Williams, Darcy
Weisbach Chezy Manning. Por su parte, las prdidas de carga
localizadas que se producen en los cambios de direccin o de
dimetro, en embocaduras y desembocaduras, en el escurrimiento a
travs de ramales, vlvulas y otros accesorios, son calculadas
mediante la frmula:
h = k x v 2 / 2 x g
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PROGRAMA EPANET 10
Donde: h = PRDIDA DE CARGA. v = VELOCIDAD DE ESCURRIMIENTO. k =
COEFICIENTE DE PRDIDAS LOCALIZADAS O MENORES. g = ACELERACIN DE LA
GRAVEDAD. La importancia de estas prdidas depende del trazado y
caractersticas de la red y del grado de precisin requerido. El
programa permite incluir en cada tubera y en cada vlvula un
coeficiente de prdidas menores asociado, cuando se contemple su
consideracin. 3.6 - BOMBAS
Las bombas son consideradas como lneas que comunican energa al
fluido elevando su altura piezomtrica. Los datos principales de una
bomba son sus nudos de aspiracin e impulsin y su curva
caracterstica, la que representa la relacin entre el caudal
impulsado y la altura de elevacin comunicada al fluido, a su
velocidad nominal de giro. Por su parte, los resultados principales
asociados a una bomba son el caudal de bombeo y la altura
manomtrica, es decir el punto de funcionamiento resultante para las
condiciones fijadas. El programa EPANET considera la curva de una
bomba como una funcin del tipo:
H = Ho a x qb
Donde: H = ALTURA MANOMTRICA Ho = ALTURA DE ELEVACIN A CAUDAL
CERO a = COEFICIENTE DE RESISTENCIA q = CAUDAL DE IMPULSIN b =
EXPONENTE DE CAUDAL El caudal que atraviesa una bomba tiene una
direccin nica y las bombas deben operar dentro de los lmites de
caudal y altura impuestos por sus curvas caractersticas. El
programa ajustar diferentes tipos de curvas en funcin del nmero de
puntos de paso suministrados por el proyectista, ya sean stos uno o
ms puntos. Otra forma de modelizar el comportamiento de una bomba
cuando su curva caracterstica es desconocida es suponer que trabaja
siempre a potencia constante, para cualquier combinacin de altura y
caudal, lo que permite determinar la altura comunicada al fluido en
funcin del caudal de paso. Si las condiciones de funcionamiento del
sistema exigen una altura mayor que la correspondiente a vlvula
cerrada (caudal cero), el programa parar la bomba. Si lo que se
requiere es un caudal superior al mximo de su curva, EPANET
extrapolar la
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PROGRAMA EPANET 11
curva de la bomba hasta obtener el caudal requerido, incluso si
ello diera lugar a una altura negativa. En ambos casos se emitir un
mensaje de advertencia. Al igual que las tuberas, las bombas pueden
pararse o arrancarse durante la simulacin en instantes prefijados,
o cuando se cumplan determinadas condiciones en la red (por ejemplo
cuando el nivel en un depsito desciende o sobrepasa un determinado
valor, o cuando la presin en un nudo supera por encima o por debajo
una determinada consigna). Tambin se puede controlar el modo de
funcionamiento de una bomba asocindole una Curva de Modulacin a su
velocidad de giro. El programa permite calcular adems el consumo
energtico de una bomba y su costo, considerando la variacin horaria
del costo de la energa. Para ello cada bomba debe tener asociada
una curva de rendimiento y una curva de variacin horaria de las
tarifas elctricas o bien establecerse unos valores por defecto.
Tambin es factible considerar bombas de velocidad variable, sin ms
que especificar el valor de su velocidad relativa de giro. Por
definicin, a la curva original de la bomba suministrada como dato
al programa, se le asigna una velocidad relativa de 1. De ese modo
si se duplica la velocidad de la bomba, el valor de la consigna de
velocidad ser 2 y si se reduce a la mitad ser 0,5. Al cambiar la
velocidad de giro de la bomba, su curva caracterstica se desplaza y
cambia de forma. 3.7 - VALVULAS DE CONTROL
Adems de las vlvulas de cierre y las de retencin, el programa
EPANET permite considerar vlvulas de control, ya sean de presin o
de caudal, en puntos especficos de la red. Dichas vlvulas se
incorporan como lneas de longitud despreciable entre los nudos de
conexin aguas arriba y aguas abajo. Los tipos de vlvulas de control
contemplados por el programa son: Vlvulas reductoras de presin
(VRPs).
Vlvulas sostenedoras de presin (VSPs).
Vlvulas de rotura de carga (VRCs).
Vlvulas limitadoras de caudal (VCQs).
Vlvulas reguladoras (VRGs). - Vlvulas de propsito general (VPG).
Cada tipo de vlvula tiene una consigna diferente, relacionada con
su comportamiento (la presin en el caso de las reductoras y
sostenedoras de presin, la cada de presin para las de rotura de
carga, el caudal para las limitadoras de caudal, el coeficiente de
prdidas de carga para las de regulacin y la relacin prdida-caudal
para las de propsito general. Las vlvulas reductoras de presin
limitan la presin en su extremo aguas abajo para que no exceda de
un valor de consigna prefijado, siempre y cuando la presin aguas
arriba sea superior a sta.
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PROGRAMA EPANET 12
Si la presin aguas arriba es inferior a la de consigna, entonces
la vlvula permitir el paso del caudal sin restricciones. Por otra
parte, si la presin aguas abajo resultara superior a la de aguas
arriba, la vlvula se cerrar para impedir el flujo inverso. Las
sostenedoras de presin tratan de mantener una presin mnima de
consigna aguas arriba, siempre y cuando la presin aguas abajo sea
inferior a ella. Si la presin aguas abajo fuese superior a la de
consigna, la vlvula abrir el paso al flujo sin restricciones. Por
otra parte, si la presin aguas abajo fuera superior a la de aguas
arriba, entonces la vlvula se cerrar para impedir el flujo inverso.
Las vlvulas rompe carga fuerzan a que la cada de presin en la
vlvula al pasar el flujo tome siempre un valor de consigna
constante prefijado. El caudal puede escurrir, en ambos sentidos a
travs de la vlvula. Si bien estas vlvulas no representan a ningn
componente fsico, resultan muy tiles para simular situaciones en
las que la cada de presin a travs de ella es conocida. Adems, si se
invierten los nudos la vlvula de rotura de carga se comporta como
una bomba de altura de elevacin prefijada. Las vlvulas limitadoras
o controladoras de caudal, limitan el flujo a travs de la vlvula a
un valor de consigna prefijado. El programa emite un mensaje de
advertencia si el caudal no puede alcanzar el valor prefijado sin
aporte de presin aguas arriba de la vlvula (esto es, si el caudal a
vlvula abierta fuera inferior al de consigna). Estas vlvulas son
unidireccionales, y deben orientarse en el sentido del flujo a
limitar. Si se especifica un caudal de consigna negativo, se
comportan como una bomba de caudal prefijado. Las vlvulas
reguladoras son bidireccionales y simulan una vlvula parcialmente
cerrada, cuyo comportamiento queda determinado por el valor del
coeficiente de prdidas localizadas que se adopte para ella.
Usualmente los fabricantes de estas vlvulas proporcionan la relacin
entre dicho coeficiente y el grado de apertura de la vlvula. Las
vlvulas denominadas de propsito general, se utilizan para
representar una lnea cuya relacin prdida de carga caudal es
proporcionada por el usuario, en lugar de seguir el comportamiento
tpico de las vlvulas establecido por las frmulas hidrulicas
convencionales. Pueden utilizarse para modelar una turbina, el
descenso dinmico en un pozo o una vlvula reductora de presin
controlada por caudal. La consigna de control de cualquiera de
estas vlvulas puede inhibirse especificando en un momento
determinado que se encuentra totalmente abierta o totalmente
cerrada. Tanto el estado de una vlvula como su consigna pueden
modificarse a lo largo del proceso de simulacin utilizando las
leyes de control. Los datos de entrada a proporcionar son:
Los nudos aguas arriba y aguas abajo.
El dimetro.
La consigna.
Su estado ( abierto, cerrado o ninguno)
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PROGRAMA EPANET 13
Los resultados asociados con una vlvula son bsicamente el caudal
de paso y la prdida de carga.
4 EJEMPLO DE APLICACIN
De la amplia gama de prestaciones del programa, se desarrolla
como ejemplo la resolucin de una red de distribucin constituida por
varias mallas cerradas alimentadas a travs de un tanque de
distribucin, similar en complejidad y magnitud al analizado durante
el dictado del curso. Para la utilizacin del Modelo Hidrulico el
programa contiene un mdulo de clculo que trabaja a partir de un
fichero de entrada de datos, cuyo procesamiento da origen a un
fichero de salida de resultados. La interfase del usuario es
sencilla, ya que la pantalla de ingreso mantiene un orden y formato
preestablecido que simplifica las operaciones y adems, desde la
propia aplicacin puede bajarse un fichero de ayuda que ofrece una
Gua Rpida, conteniendo un ejemplo que orienta paso a paso a lo
largo de todo el desarrollo del clculo. Para poder utilizar el
modelo hidrulico es necesario definir previamente la ubicacin y
caractersticas de los puntos de alimentacin y el trazado de las
caeras principales, establecer los caudales de demanda atribuidos a
cada nudo, predimensionar cada tramo seleccionando sus dimetros y
materiales constitutivos, para luego efectuar un rpido anlisis de
alternativas, cambiando alguna o todas las consignas adoptadas con
el objeto de lograr una mejor solucin. 4.1- CONFIGURACION DEL
PROYECTO
En gran parte, su desarrollo es similar al procedimiento seguido
en las variantes manuales del dimensionamiento de redes de
distribucin de agua, tanto por los Mtodos Standard, Standard
Mejorado o de Cross y se ajusta a la secuencia indicada a
continuacin: a) Definicin parmetros bsicos de diseo. b) Trazado de
la red. c) Ubicacin y caractersticas del tanque de distribucin. d)
Identificacin de nudos y tramos. e) Definicin sentido de
escurrimiento en las caeras. f) Distribucin de caudales de consumo
entre los distintos nudos. g) Predimensionamiento de los tramos 4.2
VERIFICACION VALORES POR DEFECTO
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PROGRAMA EPANET 14
A medida que los distintos objetos o componentes fsicos del
modelo son incorporados al proyecto, estos adquieren automticamente
las propiedades bsicas o los valores fijados por defecto en el
programa. Esto significa que, si el proyectista no indica algn
valor para un objeto determinado al editar o ingresar las
propiedades del mismo, el programa adoptar la propiedad fijada
inicialmente en la planilla Valores por Defecto. Estos valores
pueden modificarse y adecuarse a las necesidades de cada proyecto,
por eso es conveniente al crear un proyecto nuevo, comprobar de
entrada si las opciones por defecto suministradas por el programa
son las deseadas. Las propiedades prefijadas a verificar son las
que se detallan a continuacin: PROPIEDADES Cota Nudos 0 Dimetro
Depsitos 20 Nivel Max. Depsitos 4 Longitud Tuberas 100 Longitud
Automtica NO Dimetro Tuberas 200 Rugosidad Tuberas 0,1 OPCIONES
HIDRAULICAS Unidades de Caudal LPS Frmula de Prdidas D W Peso
Especfico Relativo 1 Mximo Iteraciones 40 Precisin 0,001 Caso de no
equilibrio Continuar Curva Modulacin por Defecto 1 Factor de
Demanda 1 Exponente Emisores 0,5 Informe de Estado No
COMENTARIOS:
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PROGRAMA EPANET 15
UNIDADES DE CAUDAL: El programa permite trabajar con el sistema
de unidades mtricas o inglesas. Elegir la opcin LPS (litros por
segundo) para las Unidades de Caudal conlleva el uso de las
unidades mtricas para las restantes magnitudes (longitud en metros,
dimetros de tuberas en mm, presiones en m.c.a, etc). FORMULAS DE
PERDIDAS: el clculo de prdidas de carga en los distintos tramos de
la red puede efectuarse mediante la aplicacin de las frmulas de
Hazen-Williams ( H-W ), de Darcy-Weisbach ( D-W ) o de
Chezy-Manning ( C-M ). RUGOSIDAD TUBERIAS: el valor consignado de
0,1 corresponde a un valor de 0,1 mm de rugosidad absoluta fijado
por defecto en correspondencia con la frmula de Darcy-Weisbach. De
utilizarse otra, la de Williams y Hazen por ejemplo, deber
reemplazarse dicho valor por el C respectivo. FACTOR DE DEMANDA:
Tambin se puede modificar los caudales de consumo atribuidos a los
nudos, tal es el caso de requerimiento para incendio, o la variacin
de la demanda a lo largo del perodo de diseo o ms all de ste,
introduciendo un Factor de Demanda (o factor multiplicativo de
consumos). Por ejemplo un factor 2 duplicara todas las demandas, un
factor 0,5 las reducira a la mitad y un factor 1 las dejara igual.
PRECISION: Se puede imponer el nmero mximo de iteraciones permitido
para resolver las ecuaciones no lineales que gobiernan el sistema
hidrulico, en cualquier instante de la simulacin (el Manual del
Usuario sugiere un valor de 40) y el criterio de convergencia para
el mtodo iterativo, haciendo que las mismas finalicen cuando la
suma de todas las variaciones de caudal dividida por la suma de
todos los caudales circulantes sea menor a un valor prefijado,
sugirindose el valor 0,001. En el presente ejemplo se utiliz LPS
(litros/seg) para las unidades de caudal, la frmula de Hazen y
Williams (H-W) para el clculo de prdidas de carga y se utiliz
caeras de PVC clase 6, adoptndose un valor de 140 como Rugosidad
Tuberas. Los restantes valores por defecto no se modificaron,
destacndose que algunos de ellos slo tienen efecto de analizarse
condiciones extendidas a lo largo del tiempo o modelos de calidad.
4.3 DIBUJO DE LA RED
Para dibujar el esquema de la red el programa proporciona una
Barra de Herramientas que permite insertar o aadir los distintos
componentes fsicos que conforman el sistema: nudos, caeras,
depsitos, embalses, bombas, emisores y vlvulas de control, mientras
que los identificativos de cada uno de ellos se van enumerando en
forma progresiva conforme se los va incorporando. Se destaca
asimismo que el sentido de escurrimiento en las caeras queda
definido de acuerdo al nudo que se toma como inicial y como final
al trazarse las lneas durante el dibujo de la red. A los efectos de
obtener un buen resultado, el esquema de la red a ingresar en la
computadora debe representar adecuadamente las condiciones reales
de funcionamiento previstas para el sistema, debiendo seleccionarse
convenientemente para ello los objetos a introducir al mismo. En el
presente caso se opt por un embalse para representar a la torre
tanque de distribucin de 15,80 m de altura a su fondo, emplazado en
un predio cuya cota de terreno natural referido al IGM es de 100,60
m.
-
__________________________________________________________________________________________
PROGRAMA EPANET 16
4.4 INTRODUCCION DE LAS PROPIEDADES DE LOS OBJETOS.
Cabe recordar que a medida que los objetos son aadidos al
proyecto, stos adquieren automticamente las propiedades fijadas por
defecto en el programa, de tal forma que para cambiar el valor de
una propiedad determinada, el objeto en cuestin debe seleccionarse
antes con el Editor de Propiedades. Los datos bsicos a proporcionar
para cada componente son los descriptos en el punto 3 y las
planillas de DATOS ingresados corresponden a las pginas 18 y 19 de
este apunte. 4.5 ANALISIS EN REGIMEN PERMANENTE
Con la informacin proporcionada al programa, puede llevarse a
cabo una primera simulacin del comportamiento hidrulico de la red
en rgimen permanente (o para un instante determinado). Cabe
recordar que se est analizando la condicin de funcionamiento para
el instante en que escurre el caudal de proyecto (genricamente
corresponde al caudal mximo del da de mayor consumo) pero por medio
de las Curvas de Modulacin pueden efectuarse tambin simulaciones
del comportamiento en perodos extendidos, haciendo por ejemplo que
el caudal de demanda en cada nudo vare en forma horaria a lo largo
del da. Si la simulacin no tuviera xito, aparecer la ventana de
Informe de Estado indicando cul ha sido el problema. Si la
simulacin es correcta, los resultados pueden visualizarse en una
amplia variedad de formatos, los que incluyen esquemas de la red
codificados por colores, tablas numricas, grficas de evolucin y
mapas de isolneas. En las tablas incorporadas en el Anexo se
muestran los resultados obtenidos para las caeras y para los nudos,
pudiendo considerarse a partir del anlisis del rgimen de presiones
resultante y de las velocidades y prdidas de carga unitarias
obtenidas en cada tramo, la conveniencia de introducir algunas
modificaciones al predimensionamiento efectuado, optimizando el
diseo de la red.
-
__________________________________________________________________________________________
PROGRAMA EPANET 17
Se destaca por ltimo que casos ms complejos pueden resolverse
siguiendo la misma secuencia operativa, ya sea consultando
directamente los lineamientos dados en la GUIA RAPIDA o en el
MANUAL DEL USUARIO ( formato .PDF) que debe bajarse aparte desde la
misma direccin y que ofrece informacin muy completa sobre los
fundamentos de clculo y de todas las prestaciones del programa. 5
BIBLIOGRAFIA
- EPANET Manual del Usuario Lewis A. Rossman Drinking Water
Research Division, Risk Reduction Engineering Laboratory,
Cincinnati, Ohio. - Guas para la Presentacin de Proyectos de Agua
Potable Ente Nacional de Obras Hidricas de Saneamiento (ENOHSa) -
Normas de Estudios, Diseo y Presentacin de Proyectos Servicio
Nacional de Agua Potable (SNAP).
ANEXO: PLANILLAS DE ENTRADAS DE DATOS Y DE RESULTADOS
DATOS ESTADO DE LOS NUDOS DE LA RED
ID NUDO
COTA [ m ]
DEMANDA BASE
[ lts/seg ]
Nudo 1
100,26
0,22
Nudo 2
100,55
0,14
Nudo 3
99,80
0,30
Nudo 4
99,65
1,10
Nudo 5
99,50
6,47
-
__________________________________________________________________________________________
PROGRAMA EPANET 18
Nudo 6 99,79 1,08
Nudo 7
101,00
0,18
Nudo 8
101,10
1,18
Nudo 9
100,70
2,94
Nudo 10
99,58
1,52
Nudo 11
101,40
2,12
Nudo 12
101,30
2,94
Nudo 13
100,40
3,08
Nudo 14
99,47
0,98
Nudo 15
100,80
1,06
Nudo 16
101,10
1,29
Nudo 17
101,30
3,69
Nudo 18
100,90
2,05
Nudo 19
100,70
0,33
Nudo 20
100,45
0,43
Nudo 21
100,50
1,90
Embalse 22
116,40
Sin Valor
-
__________________________________________________________________________________________
PROGRAMA EPANET 19
DATOS ESTADO DE LAS LINEAS DE LA RED
ID TUBERIA
LONGITUD
[ m ]
DIAMETRO
[ mm ]
RUGOSIDAD
Tubera 1
30
235,4
140
Tubera 2
43
188,2
140
Tubera 3
792
103,6
140
Tubera 4
202
70,6
140
Tubera 5
149
59,2
140
Tubera 6
303
59,2
140
Tubera 7
248
59,2
140
Tubera 8
121
59,2
140
Tubera 9
358
59,2
140
Tubera 10
187
150,6
140
Tubera 11
413
131,8
140
Tubera 12
896
59,2
140
Tubera 13
77
103,6
140
Tubera 14
773
59,2
140
Tubera 15
840
59,2
140
Tubera 16
420
59,2
140
Tubera 17
850
117,6
140
Tubera 18
187
70,6
140
Tubera 19
437
59,2
140
Tubera 20
313
59,2
140
Tubera 21
195
59,2
140
Tubera 22
317
59,2
140
Tubera 23
485
70,6
140
Tubera 24
942
70,6
140
Tubera 25
698
117,6
140
Tubera 26
551
70,6
140
Tubera 27
330
59,2
140
Tubera 28
650
59,2
140
RESULTADOS ESTADO DE LOS NUDOS DE LA RED
-
__________________________________________________________________________________________
PROGRAMA EPANET 20
ID NUDO
DEMANDA [ lts/seg ]
ALTURA [ m ]
PRESION [ m.c.a ]
Nudo 1
0,22
113,83
13,57
Nudo 2
0,14
113,83
13,28
Nudo 3
0,30
113,84
14,04
Nudo 4
1,10
114,06
14,41
Nudo 5
6,47
113,49
13,99
Nudo 6
1,08
112,60
12,81
Nudo 7
0,18
113,89
12,89
Nudo 8
1,18
113,98
12,88
Nudo 9
2,94
115,41
14,71
Nudo 10
1,52
112,92
13,34
Nudo 11
2,12
114,18
12,78
Nudo 12
2,94
116,12
14,82
Nudo 13
3,08
113,17
12,77
Nudo 14
0,98
111,59
12,12
Nudo 15
1,06
112,57
11,77
Nudo 16
1,29
112,60
11,50
Nudo 17
3,69
113,99
12,69
Nudo 18
2,05
112,04
11,14
Nudo 19
0,33
111,63
10,93
Nudo 20
0,43
111,57
11,12
Nudo 21
1,90
116,32
15,82
Embalse 22
- 35,00
116,40
00,00
-
__________________________________________________________________________________________
PROGRAMA EPANET 21
RESULTADOS ESTADO DE LAS LINEAS DE LA RED
ID TUBERIA
DIAMETRO
[ mm ]
CAUDAL [ lts / seg ]
VELOCIDAD [ m / seg ]
PERDIDA UNIT.
[ m / km ]
Tubera 1
235,4
35,00
0,80
2,61
Tubera 2
188,2
26,66
0,96
4,69
Tubera 3
103,6
3,90
0,46
2,45
Tubera 4
70,6
0,88
0,23
1,01
Tubera 5
59,2
0,41
0,15
0,58
Tubera 6
59,2
0,23
0,08
0,20
Tubera 7
59,2
0,01
0,00
0,00
Tubera 8
59,2
- 0,13
0,05
0,07
Tubera 9
59,2
- 0,43
0,16
0,62
Tubera 10
150,6
13,24
0,74
3,80
Tubera 11
131,8
8,59
0,63
3,27
Tubera 12
59,2
0,71
0,26
1,60
Tubera 13
103,6
7,07
0,84
7,35
Tubera 14
59,2
0,60
0,22
1,16
Tubera 15
59,2
0,99
0,36
2,96
Tubera 16
59,2
0,48
0,18
0,78
Tubera 17
117,6
6,58
0,61
3,47
Tubera 18
70,6
1,01
0,26
1,30
Tubera 19
59,2
1,11
0,40
3,62
Tubera 20
59,2
0,13
0,05
0,06
Tubera 21
59,2
- 0,30
0,11
0,33
Tubera 22
59,2
- 0,63
0,23
1,29
Tubera 23
70,6
- 1,38
0,35
2,32
Tubera 24
70,6
- 1,30
0,33
2,07
Tubera 25
117,6
- 6,44
0,59
3,34
Tubera 26
70,6
1,45
0,37
2,53
Tubera 27
59,2
0,16
0,06
0,10
Tubera 28
59,2
- 0,90
0,33
2,48
