Manual SewerCAD 1

Manual del Curso Taller
Modelamiento Computarizado de Sistemas de Alcantarillado
Aplicación de SewerCAD V8i
Objetivos:
Contenido
Introducción ......................................................................................................................................................... 2
Tema N°1: Modelamiento de Sistemas de Alcantarillado......................................................................... 3
Taller N° 1 .......................................................................................................................................................... 28
Tema N° 2: Dimensionamiento Redes de Alcantarillado ........................................................................ 56
Taller N°2............................................................................................................................................................ 86
Taller N° 3 ........................................................................................................................................................ 111
Tema N° 4: Simulación en Periodos Extendidos ..................................................................................... 131
Taller N° 4 ........................................................................................................................................................ 137
Referencias Bibliográficas Básicas ............................................................................................................... 157
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Introducción
Los sistemas de alcantarillado, no se introdujo como aumento de la comodidad o para una mejor
forma de vida, sino como consecuencia de las epidemias de cólera que ocurrieron a lo largo de la
historia. Por lo que el Alcantarillado es la evacuación de las aguas residuales o de los efluentes
líquidos de las viviendas a través de un sistema de conductos hasta las plantas de tratamiento de
aguas residuales y su disposición final.
Este servicio brindado a la población debe ser continuo (24 horas). Su comportamiento es complejo
y tienen una diversidad de componentes como extensas longitudes de tuberías (colectores,
interceptores, emisores, impulsión, succión), estructuras de inspección, cámaras de bombeo, sifones
invertidos, etcétera. Por lo que, los encargados de estos sistemas deben diseñar y operarlos,
verificando el cumplimiento de las restricciones hidráulicas (velocidad y fuerza de arrastre) de
acuerdo a lo establecido en las normas respectivas.
Debido a esta necesidad, de conocer el comportamiento hidráulico de los sistemas de alcantarillado,
en el transcurso del tiempo, ha evolucionado la hidráulica de redes. Siendo una de ellas, la
modelación hidráulica, técnica para el análisis hidráulico, cuya interpretación de resultados la
usaremos para planificar, diseñar y operar redes de alcantarillado.
En paralelo, por el avance de la Informática se han desarrollado programas de cómputo, que son
parte del modelamiento hidráulico, como herramientas para el análisis, simulación y diseño de redes
de alcantarillado.
Es así, que actualmente existe una diversidad de programas para el modelamiento de redes de
alcantarillado, desde los que son libres, caso SWMM y otros, hasta los comerciales, como MOUSE,
SewerCAD, entre otros. Estos programas se diferencian por el sistema operativo (MS DOS, MS
Windows, etcétera), interfase gráfica (GIS, CAD, propio u otro), componentes a modelar, cantidad
de elementos a modelar (tuberías o nodos), tipos de análisis, diseño de redes (Automático o manual),
método de cálculo usado para balancear la red y otras características.
SewerCAD es un programa de cómputo que permite modelar sistemas de drenaje sanitario, para
analizar su comportamiento hidráulico o efectuar su dimensionamiento, cuya aplicación es amplia en
la recolección de las aguas residuales. El manual permitirá conocer las características de este
programa, saber bajo qué sistema operativo y entorno gráfico trabaja; describir los elementos usados
para elaborar los modelos hidráulicos; determinar el tipo de análisis hidráulico.
Este Manual es utilizado en la parte práctica del curso “Alcantarillado y Drenaje Pluvial”, en la
Especialidad de Ingeniería Sanitaria – Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de
Ingeniería.
El Autor.
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Tema N°1: Modelamiento de Sistemas de Alcantarillado
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MODELAMIENTO CO MPUT ARIZADO DE SISTEMAS DE
ALCANTARILLADO
Taller N° 1
CONTENIDO
Análisis Hidráulico en Estado Estático
Preparado por: Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo
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Taller N° 1
Análisis Hidráulico en Flujo Permanente de una Red de Alcantarillado
considerando Cargas Sanitarias y Cargas de Lluvia
Realizaremos el cálculo hidráulico, 02 escenarios, de la red de distribución mostrada en el Gráfico
N° 1, en Estado Estático, aplicando el Programa de Cómputo SewerCAD. Para lo cual, aplicaremos
las herramientas de escenarios y alternativas, realizaremos las siguientes 02 simulaciones hidráulicas
de la red mostrada:
Simulación N° 1: Se analizará para condiciones de carga sanitaria, el Escenario se denominará
“Escenario con Carga Sanitaria”.
Simulación N° 2: Analizaremos para las mismas condiciones de carga sanitaria y cargas de lluvia, el
Escenario lo denominaremos “Escenario con Carga Sanitaria + Cargas de Lluvia”.
Gráfico N° 1
Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga
(Outfall O-1), conductos (Conduit P-1, P-2, P-3, ...) y buzones de inspección (Manhole MH-1, MH-2,
MH-3,… ).
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1.
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Creación y configuración de un nuevo Proyecto
En el Menú despegable
File/New ó Ctrl+N.
seleccionar
Luego, al crear un nuevo modelo, en primer lugar se deberá definir la configuración básica del Proyecto. Para
ello en el menú Analysis seleccionar Calculation Options (Opciones de cálculo). Enseguida, hacer doble
click sobre Base Calculation Options.
En la ventana de la derecha, aceptaremos la
configuración por defecto que se muestra.
Así tenemos:
Ver que el tipo de análisis (Time Analysis
Type), seleccionado es Estado Estático
(Steady State).
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Con respecto a las opciones generales del proyecto, es necesario definir el sistema de unidades de
nuestra preferencia, los colores de fondo y frontales, los tamaños de los textos y símbolos.
Ahora en el menú Tools elegimos Options.
Primero, verifique el sistema de
unidades con la cual estará
configurado el Proyecto.
En la ventana Options, en la
etiqueta <Units>, en <Reset
Defaults>, seleccionar SI (System
International)
También en Default Unit System
for New Project, seleccionar SI
(Sistema Internacional).
Luego, hacer clic OK.
En el presente Taller, trabajaremos en
forma esquemática (La longitud en el
modelo no es real, tendremos luego
que digitar la longitud de cada tramo)
Por lo que, en la etiqueta <Drawing>,
en la sección Drawing Scale,
seleccione Schematic.
Introducir 15 en Symbol Size
Multiplier y 15 en Text Height
Multiplier, en la sección Annotation
Multipliers,
(multiplicadores
de
anotación)
como
los
valores
multiplicadores para las anotaciones y
símbolos del dibujo.
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En la etiqueta <Labelig>, para el caso
de los conductos (Conduit), configure
en la columna Prefix (Prefijo), como “P.
En la etiqueta <Project>, en la sección,
verifique que el método de cálculo de la
fricción (Friction Method) tenga
seleccionado Manning’s.
Observe que para la pérdida por
fricción en tuberías a presión
(Pressure Friction Method), está
seleccionado Hazen - William.
Hacer click en OK.
Para el presente Proyecto, crearemos un catalogo de conductos a partir de la Librería de Conductos.
En el menú Components y seleccionar Conduit Catalog.
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Haga click en el botón
y seleccione Import from
Library.
En la ventana Engineering Libraries,
expande el árbol del catálogo de
conductos y seleccione con un check
los diámetros 200 mm, 250 mm y 300
mm.
Luego haga click en Select.
Debiendo mostrarse lo siguiente:
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Ahora, el SewerCAD, ofrece asignar valores por defecto a cada uno de los prototipos:
Para ello, vaya al menú View y
seleccionar Prototypes.
Hacer click en el botón New, para
crear un nuevo prototipo (Conduit
Prototype-1)
Sobre el Conduit Prototype-1, hacer
doble click para ingresar a su ventana de
propiedades.
Para el caso de los conductos
(Conduit), en la ventana de diálogo de la
derecha configurar como se muestra,
donde se considera como datos por
defecto:
Conduit Type = Catalog Conduit
Material = PVC
Section Size = 200 mm
Manning’s n = 0.010
Luego cerrar la ventana Prototypes
(Prototipos).
Recordar que estos serán datos que por
defecto contendrá cada conducto al
inicio, luego se podrá modificar sus
datos para cada uno de ellos.
Guardar
como
“Taller_N°1_AHEE.swc”,
en
la
C:\Mis_documentos\Curso_SewerCAD\Taller N°1_Inicio_SewerCAD.
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siguiente
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carpeta
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2.
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Recuperación de la Cartografía (Planimetría)
Para recuperar la planimetría de la zona de estudio, se puede realizar lo siguiente, estando trabajando
en SewerCAD / SewerGEMS Sanitary:
En
el
menú
despegable
View,
seleccionamos la opción Background
Layers.
En la ventana de diálogo Background
Layers.
En el primer botón de la izquierda
elegir New File.
,
En el directorio C:\Mis documentos\Curso_SewerCAD\Taller N°1, ubicar y abrir el archivo “Plano
Taller N°1.dxf”.
Observar que el SewerCAD ó SewerGEMS Sanitary, puede insertar planimetrías de la zona de
Estudio en diversos formatos: DXF, SHP, BMP, JPG, JPEG, JPE, TIFF, etc.
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Aparecerá la ventana de la derecha,
configurar como se indica y luego hacer
click en OK.
Si no aparece la planimetría, presionar el botón zoom extents
superior para obtener una vista de toda la extensión de la planimetría.
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de la barra de herramientas
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3. Ubicación de Componentes y trazado de la Red de Alcantarillado Sanitario.
Luego de recuperar la planimetría, se inicia
con ubicar cada uno de los componentes de
la red de alcantarillado y el trazado de los
conductos, para ello hacer uso de los
Prototipos (Conduit, Manhole y Outfall)
Barra de Prototipos
Nota: Durante el trazado verificar que el nombre o etiqueta (Label) de cada elemento coincida con
lo señalado en el gráfico. Además, preste atención de las indicaciones del Instructor.
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4. Ingreso de Datos – Entering Data
A) Ingresando datos a través de ventanas de diálogo
Hacer doble click sobre el elemento Outfall “O-1”(ó haga click derecho y seleccione Properties).
En la ventana de la derecha ingresar en:
Boundary Condition (Condición de
Frontera):
- Boundary Condition Type:
Outfall
Free
Physical:
- Elevación de Terreno: 93.00 m.s.n.m.
- Elevación de Fondo: 91.25 m.s.n.m.
Alcances: Recuerda que de la misma
forma podrías ingresar a la ventana de
propiedades de cada uno de los manholes
y conduits, para digitar sus datos.
B) Ingresando Datos a través Tablas Flexibles – FlexTables:
Para el presente Taller, ingresaremos los datos de los buzones y conductos, haciendo uso de tablas.
Hacer
click
en
el
en
el
botón
FlexTables ó Ctrl
+ 7, para mostrar las tablas
dinámicas. Seleccionar Manhole
Table (Haga doble click sobre esta
tabla).
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Ingresar la elevación de terreno (Ground) y la elevación de fondo (Invert) de cada buzón.
Alcances:
Primero deberán configurar la
tabla, de tal forma que contenga
las columnas mostradas y en el
mismo orden.
(Edit).
Hacer click en
Observa que puedes añadir o
remover columnas del lado
derecho
al
izquierdo
y
viceversa.
Para ordenar la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y seleccionar Sort
(Ordenar) y luego ascendente.
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Para el caso de los Conductos seleccionar la Tabla de Conducto (Conduit Table).
Alcances:
Primero deberán configurar la
tabla, de tal forma que contenga
las columnas mostradas y en el
mismo orden.
(Edit).
Hacer click en
Observa que puedes añadir o
remover columnas del lado
derecho al izquierdo y viceversa.
Para ordenar en forma ascendente la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y
seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente.
En la columna Conduit Type, hacer click derecho y seleccionar Global Edit, seleccionar
operación SET y como valor (value) Catalog Conduit y luego hacer click en OK. Luego editar las
demás columnas de acuerdo a lo mostrado en la tabla.
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ASIGNACIÓN DE CARGAS
Para asignar cargas sanitarias en los buzones de inspección, hacer click en
Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias)
Sanitary Load
En la ventana de Sanitary
Load Control Center,
hacer click en el primer
botón de la izquierda y
seleccionar
Initialize
Pattern Loads for All
Elements.
Asignar la carga sanitaria a cada buzón de inspección (Manhole), como se muestra en la ventana
siguiente:
Alcance:
Para ordenar en forma ascendente la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y
seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente.
Verificar las unidades.
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Antes de ejecutar el programa, vamos a dar valores a los siguientes parámetros, para verificar los
resultados del análisis hidráulico. En el menú Components, seleccionar Default Design
Constraints, e ingresar lo siguiente:
Para Gravity Pipe, en la
pestaña Velocity indicar los
rangos de velocidad (mínima
y máxima).
En Percentage Full, señalar
75%.
Ahora, en la pestaña Cover
indicar los rangos de
cobertura
(mínima
y
máxima).
En la pestaña Slope indicar
los rangos de pendiente
(mínima y máxima).
Tener presente, que estos parámetros el SewerCAD /SewerGEMS Sanitary lo utilizará para poder
comparar los resultados del análisis, y señalarnos si los resultados están fuera de los rangos
especificados.
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5. Simulación 1: Escenario con Carga Sanitaria sin Evento Pluvial
Realizado la edición del Modelo e ingresado los datos, estamos listos para realizar las 02 simulaciones
planteadas al inicio del presente Taller.
En la ventana de Escenarios (Scenarios),
primero renombre el Escenario “Base”
con el nombre “Escenario con Carga
Sanitaria - Sin Evento Pluvial”.
En la ventana de alternativas, renombrar la
alternativa de cargas sanitarias “Base
Sanitary Loading” como “Cargas
Sanitarias”.
Regresando a la ventana de Escenarios
(Scenarios), Hacer click en el ícono
.
.
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Debiendo obtener la ventana:
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6. Visualización y verificación de resultados
Existen diversas formas de visualizar
SewerCAD/SewerGEMS Sanitary V8i:
y
verificar
los
resultados
en
el
programa
A) Ventanas de Diálogo (Properties): cada elemento o prototipo tiene su ventana de diálogo o
de propiedades y se activa haciendo click derecho sobre el elemento que se quiere revisar y
seleccionamos Properties o también se puede hacer doble clic en el elemento para mostrar
dicha ventana.
Por ejemplo, para el Conducto P-7,
hacer click derecho sobre esta tubería
y seleccione Properties, debiendo
mostrar lo siguiente:
En Resultados (Results), se tiene lo siguiente:
Flow
Velocity (Average)
=
=
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Caudal que circula por dicha tubería
Velocidad (Promedio)
= 75.00 l/s
= 1.73 m/s
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B) Tablas Flexibles – FlexTables – Tabular Reports (Tablas dinámicas).
Hacer click en el en el botón
FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las
tablas dinámicas. Seleccionar Conduit Table
(haga doble click sobre esta tabla).
Verifique que sus resultados de los conductos, coincidan con lo que se muestra a continuación:
En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente:
Flow
Velocity (Average)
Capacity (Full)
Capacity (Designl)
Depth (In)
Depth (Out)
Depth (Average End)/Rise
=
=
=
=
=
=
=
Caudal que circula por cada conducto
Velocidad (Promedio)
Capacidad a conducto lleno
Capacidad a al nivel de diseño
Tirante (Ingreso)
Tirante (Salida)
y/D %
Si quiere cambiar las unidades de uno de las columnas, hacer click derecho en el encabezado de la
columna y seleccionar Unit and formatting, luego elegir la unidad (Unit) y el número de decimales
(format).
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Creación de Perfiles Hidráulicos: Ahora crearemos el Perfil Hidráulico de los conductos P-5, P-6
y P-7.
Haga click en el en el botón
Profiles, para mostrar la ventana de
perfiles.
Luego, hacer click en el botón New.
En la ventana Profile Setup, haga
click en el botón Select From
Drawing.
En la siguiente ventana con el puntero
seleccionar los conductos P-5, P-6 y P-7, enseguida haga
click derecho sobre la ventana de dibujo y selecciones Done.
+
+
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Debiendo observar la siguiente ventana:
Ahora haga click en el botón Open
Profile.
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Otras formas de reporte son:
D) Element Symbology
Con esta herramienta podemos:
Color Coding
Annotation
: colorear la red de acuerdo algún atributo ó
: anotaciones en los elementos del modelo.
Colorear las tuberías en
función a la velocidad:
F) Graphs: Administrador de Gráficos
G) Profile: permiten graficar perfiles longitudinales de los conductos.
I)
Contour: para graficar isolíneas, es decir curvas de igual elevación, presión, etc.
Nota.- seguir las indicaciones del instructor para su aplicación
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7. Simulación 2: Escenario con Carga Sanitaria con Evento Pluvial
La segunda simulación consistirá en analizar la red para condiciones de cargas sanitarias y cargas de
lluvia, el Escenario lo denominaremos “Escenario con Carga Sanitaria + Cargas de Lluvia”. Para ello,
definiremos una nueva alternativa de infiltración e influjo, para luego crear un nuevo escenario para
esta simulación.
En la ventana de alternativas, renombre la
alternativa “Base Infiltration and Inflow” como
“Sin Evento Pluvial”.
Ahora, sobre la alternativa de infiltración e
influjo “Sin Evento Pluvial” hacer click
derecho y seleccione New y luego Child
Alternative.
La nueva alternativa de infiltración e influjo
“Infiltration and Inflow Alternative - 1”,
renómbrelo como “Con Evento Pluvial”.
Observar que la nueva alternativa está como hijo
de la alternativa anterior, habiendo heredado
todos sus valores.
.
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Hacer doble click sobre la alternativa “Con Evento Pluvial” , para ingresar la tasa de infiltración y
cargas de lluvia
En la ventana “Infiltration and Inflow: Con Evento Pluvial” (Alternativa), en la pestaña de
Conductos (Conduit), primero ordene la relación de Conductos en forma ascendente, para ello haga
click derecho sobre el encabezado “Label” y selecciones sort y luego ascendente. Asimismo,
verifique que la columna Infiltration Rate per Loading Unit, tenga como unidad l/d, sino haga
click derecho en el encabezado “Infiltration Rate per Loading Unit” y seleccione “Unit and
Formatting” y modifique las unidades a l/d. En la columna Infiltration Load Type (Tipo de carga
de infiltración), haga click derecho y seleccione Global Edit, luego en Valor (Value), elija Link
Length.
Ahora, asigne la tasa de infiltración (227 l/d/m) a cada conducto (Conduit), como se muestra en la
ventana siguiente: (Haga uso de Global Edit)
Haga click en Close.
Las cargas de lluvia se ingresa a través de la pestaña Manhole, pero para el presente Taller lo
haremos, más adelante, haciendo uso del Centro de Control de Influjos (Inflow Control Center).
Ahora, debemos crear un nuevo escenario (hijo), para analizar la red con la nueva alternativa creada
“Escenario Con Carga Sanitaria - Con Evento Pluvial”.
En la ventana de escenarios,
sobre el escenario “Escenario
Con Carga Sanitaria - Sin
Evento Pluvial” hacer click
derecho y seleccione New y
luego Child Scenario.
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El nuevo escenario “Scenario - 1”, renómbrelo
como “Escenario Con Carga Sanitaria - Con
Evento Pluvial”.
Observar que el nuevo escenario está como hijo
del escenario anterior, habiendo heredado todas
sus alternativas.
En el nuevo escenario, cambiaremos su alternativa
de infiltración e influjo.
En la ventana de escenarios, hacer doble click
sobre el escenario “Escenario Con Carga
Sanitaria - Con Evento Pluvial”, para
activar su ventana de propiedades.
Modificar la alternativa de infiltración e influjo
(Infiltration and Inflow), seleccionando la
alternativa “Con Evento Pluvial”.
Tener en cuenta que las otras alternativas
serán las mismas que para la primera
simulación.
Asegurarse que el escenario “Escenario Con Carga Sanitaria - Con Evento Pluvial” se
encuentre activo, haciendo click en
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(Make Current), debiendo observarse:
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Ahora ingresaremos las cargas de lluvia y de infiltración, recuerda las cargas de lluvia se asignarán en
cada uno de los buzones (Manholes), mientras que la infiltración se asignará en los conductos, seguir
los siguientes pasos:
Para asignar cargas lluvia en los buzones de inspección, hacer click en
Center (Centro de Control de Influjos).
Inflow Control
En la ventana de Inflow Control
Center, primero ordene la relación
de buzones en forma ascendente,
para ello haga click derecho sobre
el
encabezado
“Label”
y
selecciones
sort
y
luego
ascendente. Asimismo, verifique que
la columna Base Inflow, tenga
como unidad l/d, sino haga click
derecho en el encabezado “Base
Flow” y seleccione “Unit and
Formatting” y modifique las
unidades a l/d.
Ahora, asigne la carga lluvia (600
l/d/buzón) a cada buzón de
inspección (Manhole), como se
muestra en la ventana siguiente:
Retornando a la ventana de Escenarios, haga click en
el botón despegable
Run.
y seleccionar Batch
En la ventana Batch Run, puede ejecutar todos o
algunos escenarios simultáneamente. Seleccione con
un check el escenario “Escenario Con Carga
Sanitaria - Con Evento Pluvial” y hacer click en
Batch.
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En el mensaje de confirmación (Please Confirm), hacer
click en Sí.
Luego tendremos el siguiente mensaje de finalización,
hacer click en Aceptar.
Por ejemplo, para esta segunda simulación, los resultados para los conductos deben ser:
En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente:
Flow
Velocity (Average)
Capacity (Full)
Capacity (Designl)
Depth (In)
Depth (Out)
Depth (Average End)/Rise
=
=
=
=
=
=
=
Caudal que circula por cada conducto
Velocidad (Promedio)
Capacidad a conducto lleno
Capacidad a al nivel de diseño
Tirante (Ingreso)
Tirante (Salida)
y/D %
Si quiere cambiar las unidades de uno de las columnas, hacer click derecho en el encabezado de la
columna y seleccionar Unit and formatting, luego elegir la unidad (Unit) y el número de decimales
(format).
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4. Resultados
Responder:
Para los conductos
Simulación 1
Pregunta
Tubería
Valor
Simulación 2
Tubería
Valor
¿Qué tubería tiene la mayor velocidad
(Promedio) y cuál es su valor en m/s?
¿Cuál es el caudal total que conduce la
tubería P-7 en l/s?
¿Cuál es el tirante de salida en la
tubería P-6 en mm?
¿Cuál es la tensión tractiva en la
tubería P-5 en N/m2?
Ejercicio Adicional:
Realice la siguiente simulación:
Simulación N°3:
Analice la red de alcantarillado, considerando Carga Sanitaria (Total 75 l/s), sin
Evento Pluvial y una carga sanitaria adicional de 30 l/s en el Manhole MH-11.
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Tema N° 2: Dimensionamiento Redes de Alcantarillado
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MODELAMIENTO CO MPUT ARIZADO DE SISTEMAS DE
ALCANTARILLADO
Taller N°2
CONTENIDO
Dimensionamiento de redes alcantarillado
Preparado por: Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo
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Taller N° 2
Dimensionamiento de Sistemas de Alcantarillado
Realizaremos el diseño automático de la red de alcantarillado mostrada en el Gráfico N° 2, para la
condición de descarga máxima.
Para el diseño consideraremos, cargas sanitarias (Tipo Residencial con una carga unitaria de 200
l/hab/d), cargas de lluvia (Carga unitaria de 660 l/d/buzón) y cargas de infiltración (220 l/d/m).
Crearemos, el Escenario N°1: Diseño Automático.
Gráfico N° 2
Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga
(Outfall OF-1), conductos (Conduit P-1, P-2, P-3, ...) y buzones de inspección (Manhole Bz-1, Bz-2,
Bz-3,… ).
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1.
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Creación y configuración de un nuevo Proyecto
En el Menú despegable
File/New ó Ctrl+N.
seleccionar
Primero ingresaremos las opciones generales del proyecto, es necesario definir el sistema de
unidades de nuestra preferencia, los colores de fondo y frontales, los tamaños de los textos y
símbolos.
Ahora en el menú Tools elegimos Options.
Primero, verifique el sistema de
unidades con la cual estará
configurado el Proyecto.
En la ventana Options, en la
etiqueta <Units>, en <Reset
Defaults>, seleccionar SI (System
International)
También en Default Unit System
for New Project, seleccionar SI
(Sistema Internacional).
Luego, hacer clic OK.
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En el presente Taller, trabajaremos en
forma esquemática (La longitud en el
modelo no es real, tendremos luego
que digitar la longitud de cada tramo)
Por lo que, en la etiqueta <Drawing>,
en la sección Drawing Scale,
seleccione Schematic.
Introducir 2 en Symbol Size
Multiplier y 1.75 en Text Height
Multiplier, en la sección Annotation
Multipliers,
(multiplicadores
de
anotación)
como
los
valores
multiplicadores para las anotaciones y
símbolos del dibujo.
En la etiqueta <Labelig>, para el caso
de los conductos (Conduit) y buzones
(Manhole), configure en la columna
Prefix (Prefijo), como “P-“ y “Bz-”
respectivamente.
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En la etiqueta <Project>, en la sección,
verifique que el método de cálculo de la
fricción (Friction Method) tenga
seleccionado Manning’s.
Observe que para la pérdida por
fricción en tuberías a presión
(Pressure Friction Method), está
seleccionado Hazen - William.
Hacer click en OK.
El diseño lo realizaremos considerando al PVC como material de la tubería y el rango de diámetros a
utilizar serán de 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 375 mm y 450 mm. Para lo cual, crearemos un
catalogo de conductos a partir de la Librería de Conductos. En el menú Componentsy seleccionar
Conduit Catalog.
Haga click en el botón
y
selecciones
Import from Library.
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En la ventana Engineering
Libraries, expande el árbol del
catálogo
de
conductos
y
seleccione con un check los
diámetros 150 mm, 200 mm, 250
mm, 300 mm, 375 mm y 450 mm.
Luego haga click en Select.
Debiendo mostrarse lo siguiente:
Haga click en Close.
Guardar
como
“Taller
N°2_Diseño.swc”,
en
documentos\Curso_SewerCAD\Taller N°2_SewerCAD.
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la
siguiente
carpeta
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C:\Mis
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2.
Pág ina 92
Recuperación de la Cartografía (Planimetría)
Para recuperar la planimetría de la zona de estudio, se puede realizar lo siguiente, estando trabajando
en SewerCAD/SewerGEMS Sanitary:
En el menú despegable View, seleccionamos
la opción Background Layers.
En la ventana de diálogo Background
Layers.
En el primer botón de la izquierda
elegir New File.
,
En el directorio C:\Mis documentos\Taller N°2_SewerCAD, ubicar y abrir el archivo
“Planimetría_Taller N°2_SewerCAD.dxf”.
Observar que el SewerCAD, puede insertar planimetrías de la zona de Estudio en diversos formatos:
DXF, SHP, BMP, JPG, JPEG, JPE, TIFF, etc.
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Aparecerá la ventana de la derecha,
configurar como se indica y luego hacer
click en OK.
Si no aparece la planimetría, presionar el botón zoom extents
superior para obtener una vista de toda la extensión de la planimetría.
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de la barra de herramientas
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3. Ubicación de Componentes y trazado de la Red de Alcantarillado Sanitario
Luego de recuperar la planimetría, se inicia
con ubicar cada uno de los componentes de
la red de alcantarillado y el trazado de los
conductos, para ello hacer uso de los
Prototipos (Conduit, Manhole y Outfall)
Barra de Prototipos
Nota: Durante el trazado verificar que el nombre o etiqueta (Label) de cada elemento coincida con
lo señalado en el gráfico. Además, preste atención de las indicaciones del Instructor.
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4. Ingreso de Datos – Entering Data
A) Datos de la Estructura de Descarga (OF-01)
Hacer doble click sobre el elemento Outfall “O-1” ó haga click derecho y seleccione Properties.
En la ventana de la derecha ingresar en:
Boundary Condition (Condición de
Frontera):
- Boundary Condition Type:
Free Outfall
Physical:
- Elevación de Terreno: 95.40 m.s.n.m.
- Elevación de Fondo: 93.00 m.s.n.m.
Todo el sistema de alcantarillado sanitario
proyectado descargará a esta estructura
cuyos datos físicos son conocidos (Nivel de
terreno y fondo).
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B) Datos de los Buzones (Manholes):
Hacer click en el en el botón
FlexTables, para mostrar las tablas dinámicas.
Seleccione Manhole Table (Haga doble click sobre esta tabla).
Digite sólo la elevación de terreno (Ground) de cada buzón.
Nota: la elevación de fondo (Invert) será calculada por el programa durante el diseño.
Alcances:
Primero deberán configurar la
tabla, de tal forma que contenga
las columnas mostradas y en el
mismo orden.
Hacer click en
(Edit).
Observa que puedes añadir o
remover columnas del lado
derecho
al
izquierdo
y
viceversa.
Para ordenar la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y seleccionar Sort
(Ordenar) y luego ascendente.
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Para el caso de los Conductos, seleccione la Tabla de Conducto (Conduit Table).
Nota: observa que los datos conocidos de los conductos son: material de la tubería (PVC),
longitud (Length), coeficiente de rugosidad (Manning’s). Al ejecutar el diseño, el SewerCAD
determinará el tamaño de la sección del conducto (Section Size), los niveles de fondo del
conductos (Invert (Start) y Invert (Stop)), pendiente (Slope), y demás características físicas e
hidráulicas del sistema proyectado.
Alcances:
Primero deberán configurar la
tabla, de tal forma que contenga
las columnas mostradas y en el
mismo orden.
Hacer click en
(Edit).
Observa que puedes añadir o
remover columnas del lado
derecho al izquierdo y viceversa.
Para ordenar en forma ascendente la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y
seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente.
En la columna Conduit Type, hacer click derecho y seleccionar Global Edit, seleccionar
operación SET y como valor (value) Catalog Conduit y luego hacer click en OK. Luego editar las
demás columnas de acuerdo a lo mostrado en la tabla.
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ASIGNACIÓN DE CARGAS SANITARIAS – CARGAS DE LLUVIA - INFILTRACIONES
A) CARGAS SANITARIAS:
El área de drenaje que estamos diseñando es un área uniforme, donde sólo existe un tipo de carga
sanitaria denominada “Residencial”, con una carga unitaria (Unit Load) de 200 l/hab/día.
En el menú Components, seleccione Engineering Libraries.
El SewerCAD, tiene una librería denominada “Unit Sanitary (Dry Weather) Load Library”
(Librería de cargas sanitarias unitarias). En ella, como observamos en las siguientes ventanas, el
SewerCAD tiene almacenado diferentes tipos de cargas unitarias (Diversos usos), que son propios
de su realidad de otras regiones del mundo. Por lo que para el presente Taller crearemos una carga
sanitaria denominada “Residencial” con una carga unitaria de (Unit Load) de 200 l/hab/día.
Despliege la librería: “Unit Sanitary (Dry Weather) Load
Library”
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Sobre la librería: “Unit
Sanitary (Dry Weather)
Loads.xml”,
hacer
click
derecho y seleccionar Add
Item.
En la siguiente ventana, observa que
el programa ha generado una carga
denominada “Unit Sanitary Load
– 1”, la cual renómbralo como
“Residencial” y en el lado derecho
ingresar:
Unit Load: 200 l/d
Loading Unit Type: Population Based
Sanitary Unit Load Units: Person
En el menú Components, seleccione Unit Sanitary (Dry Weather) Loads, para seleccionar las
cargas que usaremos para el presente Taller.
En la ventana “Unit Sanitary
(Dry Weather) Loads”, haga
click en el botón
y
seleccione Import From Library.
En la ventana Engineering
Libraries, seleccione la carga
sanitaria “Residencial”.
Luego haga click en Select.
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Debiendo obtener
siguiente ventana:
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la
Hacer click en Close.
Ahora sí, para asignar cargas sanitarias en los buzones de inspección, hacer click en
Load Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias)
Sanitary
En la ventana de Sanitary
Load Control Center,
hacer click en el primer
botón de la izquierda y
seleccionar Initialize Unit
Loads for All Elements.
Asignar la carga sanitaria a cada buzón de inspección (Manhole), como se muestra en la ventana
siguiente: (Verificar las unidades).
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Ahora las cargas sanitarias ingresadas tenemos que mayorizarlas (Descargas máximas), para lo cual
debemos multiplicarlas por un factor de mayoración (F ó K2 ó K1xK2 u otro). En el presente Taller
el factor de mayoración será constante y equivalente a K2 = 1,8.
En el menú Components, seleccione Extreme Flows Setups (Configuración de Flujos Extremos).
En la ventana de Extreme
Flows Setups, haga click en el
primer botón New, la nueva
configuración “Extreme Flow
Setup – 1”, renómbralo como
“Descarga Máxima”. Ahora
ingrese el factor de mayoración
constante igual a 1,8. Hacer click
en Close.
B) CARGAS PLUVIALES:
En el SewerCAD/SewerGEMS Sanitary, las cargas pluviales se asignan en los Manholes, para el
presente Taller, considerar que existe un flujo entrante en cada buzón equivalente a 600 l/d/buzón.
Inflow Control Center
Para asignar cargas lluvia en los buzones de inspección, hacer click en
(Centro de Control de Influjos)
En la ventana de Inflow Control Center, primero ordene la relación de buzones en forma
ascendente, para ello haga click derecho sobre el encabezado “Label” y selecciones sort y luego
ascendente. Asimismo, verifique que la columna Base Inflow, tenga como unidad l/d, sino haga click
derecho en el encabezado “Base Flow” y seleccione “Unit and Formatting” y modifique las
unidades a l/d.
En la ventana de Inflow Control Center, hacer click en el primer botón de la izquierda y
seleccionar Initialize Pattern Loads for All Elements.
Ahora, asigne la carga lluvia (660
l/d/buzón) a cada buzón de
inspección (Manhole), como se
muestra en la ventana siguiente:
C) CARGAS INFILTRACIÓN:
En el SewerCAD/SewerGEMS
Sanitary, las cargas infiltración se
asignan en los Conductos, para el
presente Taller, considerar una tasa
de infiltración (220 l/d/m) en cada
conducto (Conduit). Esta carga de
infiltración se podría ingresar por
las tablas flexibles, pero haremos
uso de la alternativa “Infiltration
and Inflow”.
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En la ventana de alternativas, seleccione la
alternativa “Base Infiltration and Inflow” y
haga doble click sobre esta.
En la ventana “Infiltration and Inflow: Base Infiltration and Inflow” (Alternativa), en la pestaña
de Conductos (Conduit), primero ordene la relación de Conductos en forma ascendente, para ello
haga click derecho sobre el encabezado “Label” y seleccione sort y luego ascendente. Asimismo,
verifique que la columna Infiltration Rate per Loading Unit, tenga como unidad l/d, sino haga
click derecho en el encabezado “Infiltration Rate per Loading Unit” y seleccione “Unit and
Formatting” y modifique las unidades a l/d. En la columna Infiltration Load Type (Tipo de carga
de infiltración), haga click derecho y seleccione Global Edit, luego en Valor (Value), elija Link
Length.
Ahora, asigne la tasa de infiltración (220 l/d/m) a cada conducto (Conduit), como se muestra en la
ventana siguiente: (Haga uso de Global Edit)
Haga click en Close.
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5. Restricciones de Diseño – Configuración para el Diseño
Primero asignaremos restricciones generales para el diseño. En el menú Components, seleccionar
Default Design Constraints, e ingresar lo siguiente:
Para Gravity Pipe, en la
pestaña Velocity indicar los
rangos de velocidad (mínima y
máxima).
En Percentage Full, señalar
50%.
Ahora, en la pestaña Cover
indicar
los
rangos
de
cobertura (mínima y máxima).
En la pestaña Slope indicar los
rangos de pendiente (mínima y
máxima).
Para
Node,
en
Pipe
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Matching
seleccionar
Crowns y en Matchline
Offset especificar 0.00 m.
Ahora especificaremos, restricciones locales para cada componente del sistema de alcantarillado:
En la ventana de alternativas, selecciones la
alternativa “Base Design” y haga doble click
sobre esta.
Para Gravity Pipe, especifique:
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Para Node, especifique:
Nota: la estructura de
salida OF-1, el programa
no la va diseñar, por ser
existente.
Ahora debemos definir la configuración básica del Proyecto, para el diseño. Para ello en el menú
Analysis seleccionar Calculation Options (Opciones de cálculo). Enseguida, hacer doble click
sobre Base Calculation Options.
Configurar como:
Tipo de análisis (Time Analysis Type),
Estado Estático (Steady State).
Tipo de cálculo (Calculation Type),
Design (Diseño).
Configuración
de
Flujo
Extremo
(Extreme Flow Setup), “Descarga
Máxima”.
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5. Escenario: Diseño Automático
En la ventana de escenarios, sobre el escenario
“Base”, hacer click derecho y seleccione New
y luego Base Scenario.
El nuevo escenario “Scenario - 1”, renómbrelo
como “Diseño Automático”.
, ejecutaremos el Escenario
Con el botón
“Diseño Automático”.
En el mensaje de la derecha, hacer click en
Sí, para que el programa guarde los
resultados en una nueva alternativa física.
La nueva alternativa física, nómbralo como
“Diseño 1” y haga click en OK.
Debiendo obtener la ventana:
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6. Visualización y verificación del Diseño
B) Tablas Flexibles – FlexTables – Tabular Reports (Tablas dinámicas).
Hacer click en el en el botón
FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las
tablas dinámicas. Seleccionar Conduit Table
(Haga doble click sobre esta tabla).
Verifique que sus resultados de los conductos, coincidan con lo que se muestra a continuación:
En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente:
Flow
Velocity (Average)
Depth (Average End)/Rise
Tractive Stress
=
=
=
=
Caudal que circula por cada conducto
Velocidad (Promedio)
y/D %
Tensión Tractiva
Si quiere cambiar las unidades de uno de las columnas, hacer click derecho en el encabezado de la
columna y seleccionar Unit and formatting, luego elegir la unidad (Unit) y el número de
decimales (format).
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Creación del Perfil Hidráulico, de los conductos P-1, P-2, P-3, P-4. P-5 y P-6.
Haga click en el en el botón
Profiles, para mostrar la ventana de
perfiles.
Luego, hacer click en el botón New.
En la ventana Profile Setup, haga
click en el botón Select From
Drawing.
En la siguiente ventana con el puntero
seleccionar los conductos P-1, P-2, P-3, P-4. P-5 y P-6,
enseguida haga click derecho sobre la ventana de dibujo y selecciones Done.
+
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Debiendo observar la siguiente ventana:
Haga click en el botón Open Profile.
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Ingrese a la ventana de Element Symbology
Pág ina 110
. Atienda las indicaciones del Instructor.
Colorear los conductos en
función a Section Size:
Value
<=
Color
Size
150 mm
Rojo
2
200 mm
Azul
2
250 mm
Verde
2
300 mm
Magenta
3
375 mm
Amarillo
3
450 mm
Negro
3
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MODELAMIENTO CO MPUT ARIZADO DE SISTEMAS DE
ALCANTARILLADO
Taller N° 3
CONTENIDO
Análisis Hidráulico de una Red de Alcantarillado Sanitario incluyendo sistemas
a presión (cámaras de bombeo de desagüe y tuberías a presión)
Preparado por: Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo
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Taller N°3
Análisis Hidráulico de una Red de Alcantarillado Sanitario incluyendo sistemas a
presión (cámaras de bombeo de desagüe y tuberías a presión)
Realizaremos el cálculo hidráulico, 02 escenarios, de la red de alcantarillado mostrado en el Gráfico
N° 3, en Estado Estático, aplicando el Programa de Cómputo SewerCAD/SewerGEMS Sanitary. Para
lo cual, aplicaremos las herramientas de escenarios y alternativas, realizaremos las siguientes 02
simulaciones hidráulicas de la red mostrada:
Simulación N°1:
Se analizará considerando el funcionamiento de 01 bomba, el Escenario se
denominará “Modelo Base”.
Simulación N°2:
Analizaremos considerando el funcionamiento de 02 Bombas, el Escenario lo
denominaremos “Modelo con 02 Bombas ON”.
Gráfico N° 3
Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga
(Outfall OF-1), conductos (Conduit CO-1, CO-2, CO-3, CO-4 ...), buzones de inspección (Manhole
MH-1, MH-2, MH-3,… ), cámara húmeda (Wet Well PH-1), uniones a presión (Pressure Junction J-1
y J-2) y tuberías a presión (Pressure Pipe CF-1, CF-2, CF-3, …).
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1.
En el Menú despegable
File/Open ó Ctrl+O.
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Preparación y revisión del Modelo
seleccionar
En la siguiente ruta del directorio C:\Mis_documentos\Curso_SewerCAD\Taller_N°3_Inicio, abrir el
proyecto Taller_N°3_ Inicio_SewerCAD.SWC.
Ahora, recuperaremos la planimetría de la zona de estudio, se puede realizar lo siguiente, estando
trabajando en SewerCAD / SewerGEMS Sanitary.
En el menú despegable View, seleccionamos la opción Background Layers.
En la ventana Background Layers.
En el primer botón de la izquierda
elegir New File.
,
En el directorio C:\Mis documentos\Curso_SewerCAD\Taller N°3_Inicio, ubicar y abrir el archivo
“Planimetría Taller N°3.dxf”.
La ventana DXF Properties de la
derecha, configurar como se indica y luego
hacer click en OK.
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Si no aparece la planimetría y el modelo inicial, presionar el botón zoom extents
de la barra
de herramientas superior para obtener una vista de toda la extensión de la planimetría y el modelo
inicial. Debiendo observarse en la ventana de dibujo:
Visualizaremos el perfil de algunos tramos, haga click en el en el botón
Profiles, o en el
menú principal vaya a View/Profiles. En la ventana Profiles haga doble clic sobre el perfil de la línea
principal MH-7 al MH-1, para ver dicho perfil:
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Asimismo, observe la carga sanitaria asignada a cada Manhole:
Hacer click en
Sanitary Load Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias)
Ahora configure la codificación de los nuevos elementos del modelo que trazaremos:
En el menú Tools elegimos Options.
Ingrese a la pestaña <Labelig>, y
configúrelo como se muestra:
No olvide de grabar el proyecto.
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3. Ubicación de Componentes y trazado del sistema a presión
Para ello hacer uso de los Prototipos
(Conduit, Manhole, Wet Well, Pressure Pipe,
Pressure Junction y Outfall; elemento Bend).
Barra de Prototipos
Nota: Durante el trazado verificar que el nombre o etiqueta (Label) de cada elemento coincida con
lo señalado en el gráfico. Además, preste atención de las indicaciones del Instructor. Inicie el trazado
del Manhole MH-1.
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4. Ingreso de Datos – Entering Data – Elementos recientemente creados
Hacer doble click sobre el elemento Outfall “OF-1”(ó haga click derecho sobre este elemento y
seleccione Properties).
En la ventana de la derecha ingresar en:
Boundary Condition (Condición de
Frontera):
- Boundary Condition Type:
Free Outfall
Physical:
- Elevación de Terreno: 176.78 m.s.n.m.
- Elevación de Fondo: 175.90 m.s.n.m.
Ahora seleccione el buzón “MH-18”.
En la ventana de la derecha ingresar en:
Physical:
- Elevación de Terreno: 179.87 m.s.n.m.
- Elevación de Fondo: 178.32 m.s.n.m.
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Enseguida, seleccione la cámara húmeda “PH-1”.
En la ventana de la derecha ingresar en:
Operating Range:
-
Base: 168.20 m
Mínimo: 168.45 m
Inicial: 168.55 m
Máxima : 171.00 m
Physical:
- Diámetro: 3.20 m
- Elevación: 172.05 m.s.n.m.
Para las bombas “PMP-1” y “PMP-2”., en sus ventanas de propiedades de cada una en la categoría
Physical, ingrese: Elevación (Invert): 167.64 m.s.n.m. y Elevación (Ground): 172.00 m.s.n.m.
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Para el caso de los Conductos seleccionar la Tabla de Conducto (Conduit Table).
Hacer click en el en el botón
FlexTables ó Ctrl + 7, para mostrar las tablas
dinámicas. Seleccionar Conduit Table (Haga
doble click sobre esta tabla).
Configure su
tabla como se
muestra
y
luego ingrese
los datos de
los
Conductos
CG-18 y CG19, como se
muestra.
Ahora ingrese a la tabla de uniones a
presión “Pressure Junction Table” e
ingrese la elevación y elevación de terreno
de las uniones J-1 y J-2, como se muestra:
Ingrese a la tabla de tuberías a presión “Pressure Pipe Table” e ingrese sus datos, debiendo
mostrar:
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Definición de las Bombas PMP-1 y PMP-2
Ambas bombas serán del mismo tipo, con la
siguiente curva característica:
Descarga (l/s)
0
66.90
102
Carga
(m)
15.25
9.20
0
Primero debemos definir las características de la bomba. En el menú despegable seleccionar
Components y Pump Definitions.
Hacer click en el botón
New e ingresar el
nombre de la definición
de la bomba como
“Bomba Tipo”.
En el menú despegable
Pump
Definition
Type,
seleccionar
Standard (3 Point) e
ingrese los datos, que se
muestra.
En la pestaña Efficiency,
defina una eficiencia
constante
del
100%
(Constant Efficiency).
Hacer click en Close.
Ahora asignaremos la “Bomba Tipo” a las bombas PMP-1 y PMP-2. Para ello ingrese a la tabla de
Bombas “Pump Table” y configúralo como se muestra a continuación:
Observa que para la primera simulación hidráulica la PMP-2 estará apagada.
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5. Simulación 1: Escenario con el funcionamiento de 01 sola Bomba
– “Modelo Base”
Antes de ejecutar el programa debemos actualizar las opciones de cálculo para bombeo de caudales.
En el menú Analysis seleccione Calculations Options.
En la ventana de Calculations Options,
haga doble click en Base Calculations
Options
y en la categoría Pressure
Hydraulics configure el campo Use
Pumped Flows como True.
El resto de opciones no requieren de
cambios.
En el menú Analysis seleccione Scenarios.
En la ventana de Escenarios
(Scenarios), primero renombre el
Escenario “Base” con el nombre
“Modelo Base”.
Para validar los datos, en el menú Analysis seleccione Validate o haga click en el botón
debiendo obtener el siguiente mensaje:
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,
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Regresando a la ventana de
Escenarios (Scenarios), Hacer click
en el ícono
.
.
Debiendo obtener la ventana:
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6. Visualización y verificación de resultados de Simulación 1
Hacer click en la pestaña del botón
seleccione Pressure Pipe.
y
Debiendo observar, los siguientes resultados (si es necesario edita la tabla):
Donde:
Flow
Velocity
Headloss Gradient
Headloss
=
=
=
=
Caudal que circula por dicha tubería
Velocidad del flujo
Gradiente de pérdida de carga
Pérdida de carga total
Si quiere cambiar las unidades de uno de las columnas, hacer click derecho en el encabezado de la
columna y seleccionar Units and formattinng, luego elegir la unidad (Unit) y el número de
decimales (format).
Para el caso de las uniones a presión seleccione la tabla “Junction Table”, siendo los resultados:
En la tabla se observa los resultados (Columnas de color amarillo), se tiene lo siguiente:
Hydraulic Grade
Pressure
=
=
Cota piezométrica en la unión
Presión en la unión
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Verificar los resultados de la bomba, para ello seleccione la bomba activa (encendida) PMP-1 y hacer
click derecho y seleccione la opción Pump Curve en el menú emergente, con lo que se podrá
observar el punto de operación:
Cierre la ventana anterior y haga nuevamente click derecho sobre la bomba PMP-1 y seleccione
System Head Curve, en la ventana de diálogo defina el campo Maximun Flow como 100 l/s y
luego haga click en el botón Compute
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de esta misma para ver la curva del sistema.
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Creación del Perfil Hidráulico del Sistema de Bombeo: Ahora crearemos el Perfil Hidráulico
de las tuberías desde la CF-1 a CF-5.
Haga click en el en el botón
Profiles, para mostrar la ventana de
perfiles.
Luego, hacer click en el botón New.
En la ventana Profile Setup, haga
click en el botón Select From
Drawing.
En la siguiente ventana con el puntero
seleccionar las tuberías CG-18, CF-1, CF-2, CF-3, CF-4
y CG-19, enseguida haga click derecho sobre la ventana de dibujo y selecciones Done.
+
Cierre el perfil y nómbrelo como “Bombeo”
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7. Simulación 2: Escenario con el funcionamiento de 02 Bombas – “Modelo con
02 Bombas”
En la simulación 2, consideraremos que las bombas PMP-1 y PMP-2 están encendidas (ON), esta
información corresponde a datos de Initial Setting (Configuración Inicial).
Para ello, en el Menú Analysis seleccione Alternatives o haga click en el botón
En la ventana de alternativas, renombre la
alternativa “Base Initial Settings” como “Una
Bomba ON”.
Ahora, sobre la alternativa de configuración
inicial “Una Bomba ON” hacer click derecho
y seleccione New y luego Child Alternative.
La nueva alternativa de configuración inicial
“Initial Settings Alternative - 1”, renómbrelo
como “Dos Bombas ON”.
.
Hacer doble click sobre
la nueva alternativa “Dos
Bombas ON” y en la
ventana “Initial Setting:
Dos Bombas ON” en
la columna “Status
(Initial)”
seleccionar
para ambas bombas ON.
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Ahora, debe crear un nuevo escenario (hijo), para analizar la red con la nueva alternativa creada, este
nuevo escenario lo nombrará como “Modelo con 02 Bombas ON”.
En el Menú Analysis seleccione Scenarios o haga click en el botón
En la ventana de escenarios, sobre el
escenario “Modelo Base” hacer click
derecho y seleccione New y luego
Child Scenario.
El nuevo escenario “Scenario - 1”, renómbrelo
como “Modelo con Dos Bombas ON”.
En el nuevo escenario, cambiaremos su alternativa
de infiltración e influjo.
En la ventana de escenarios, hacer doble click
sobre el escenario “Modelo con Dos
Bombas ON”, para activar su ventana de
propiedades.
Modificar la alternativa de configuración inicial
(Initial
Settings),
seleccionando
la
alternativa “Dos Bombas ON”.
Tener en cuenta que las otras alternativas
serán las mismas que para la primera
simulación.
Asegúrese que el escenario “Modelo con Dos Bombas ON” se encuentre activo, haciendo click
en
(Make Current), debiendo observarse:
Ahora, haga click en el botón
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.
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8. Visualización y verificación de resultados de Simulación 2
En la tabla de las tuberías a presión, verificar:
En la tabla de las uniones a presión, verificar:
Verificar los resultados de la bomba, para ello seleccione la bomba PMP-1 y hacer click derecho y
seleccione la opción Pump Curve en el menú emergente, con lo que se podrá observar el punto de
operación:
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9. Resultados
Responder:
Para los Conductos:
Simulación 1
Pregunta
Tubería
Valor
(l/s)
Simulación 2
Tubería
Valor (l/s)
¿Cuál es el caudal que circula en el
conducto CG-18?
¿Cuál es el caudal que circula en el
conducto CG-19?
Para las tuberías a presión:
Simulación 1
Pregunta
Tubería
Valor
Simulación 2
Tubería
Valor
¿Cuál es la velocidad (m/s) en la
tubería CF-1?
¿Cuál es el caudal (l/s) en la tubería
CF-4?
Para las Bombas:
Simulación 1
Pregunta
Carga
(m)
Caudal
(l/s)
Simulación 2
Carga (m)
Caudal
(l/s)
¿Cuál es el punto de operación para la
bomba PMP-1?
¿Cuál es el punto de operación para la
bomba PMP-2?
¿Estos puntos de operación como son en comparación al punto de diseño?
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Tema N° 4: Simulación en Periodos Extendidos
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MODELAMIENTO CO MPUT ARIZADO DE SISTEMAS DE
ALCANTARILLADO
Taller N° 4
CONTENIDO
Análisis hidráulico de una red de alcantarillado en periodos extendidos (flujo no
permanente).
Asignación de patrones de descarga
Controles operacionales
Preparado por: Ing. Yuri Marco Sánchez Merlo
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Taller N° 4
Simulación en Periodos Extendidos
Realizaremos la simulación en periodos extendidos de la red de alcantarillado mostrada en el
Gráfico N° 4, para un periodo de 24 horas.
Crearemos, el Escenario N°1: Diseño Automático.
Gráfico N° 4
Observa: que el modelo de la red de alcantarillado está compuesto por una estructura de descarga
(outfall OF-1), conductos (conduit CO-1, CO-2, CO-3,...), buzones de inspección (manhole Bz-1, Bz2, Bz-3,…), cámara húmeda (wet well W-1), bomba (pump PMP-1) y tuberías a presión (pressure
pipe P-1 y P-2).
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1. Creación e Ingreso de los Patrones de Variación Temporal de Descargas
En el Menú despegable seleccionar File/Open ó Ctrl+O, buscar y abrir el archivo existente
“Taller N° 4_Inicio_SewerCAD.swc”. Debiéndose visualizar la red mostrada en el Gráfico 1.
Este archivo contiene el modelo ya elaborado, donde ya se ingresó los datos físicos y cargas
sanitarias.
Para realizar la Simulación en Periodos Extendidos (SPE), debemos ingresar al programa de cómputo
la curva de variación de descargas, a través de los Patrones Hidráulicos (Pattern Hidraulic), los
cuales luego se asignarán a cada buzón de inspección (Manhole).
Para el presente Taller crearemos un patrón de descarga el cual lo denominaremos: “Residencial”.
En el menú despegable seleccionar
Components / Patterns.
Debiendo aparecer la ventana de la
derecha Patterns.
Para el caso de patrones de descargas
deberá seleccionar la categoría de
patrones hidráulicos “Hydraulic”.
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Hacer click en el botón
New e ingresar el
nombre del patrón de
consumo
como
“Residencial”.
Ingresar los valores
mostrados
en
la
ventana de la derecha.
El Tiempo inicial (Start
Time), definir como:
00:00:00 ó 12:00:00
a.m., depende de la
configuración de su
Sistema
Operativo
Windows.
Como
multiplicador
inicial
(Starting
Multiplier)
digitar
0.40, en formato de
patrón
(Pattern
Format) seleccionar:
Continuo (Continous)
Completar la tabla
inferior
como
se
muestra.
Observa que el multiplicador inicial (Starting Multiplier) debe coincidir con el último multiplicador
(Multiplier).
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Asignación de Cargas Sanitarias y Patrón Hidráulico
Para asignar cargas sanitarias y el patrón hidráulico (Residencial) en los buzones, haga click en
Sanitary Load Control Center (Centro de Control de Cargas Sanitarias)
En la ventana de Sanitary Load
Control Center, hacer click en
el primer botón de la izquierda y
seleccionar Initialize Pattern
Loads for All Elements.
Asignar la carga sanitaria y el patrón hidráulico (Residencial) a cada buzón de inspección (Manhole),
como se muestra en la ventana siguiente:
Alcance:
Para ordenar en forma ascendente la columna Label, hacer click derecho sobre dicha columna y
seleccionar Sort (Ordenar) y luego ascendente.
Verificar las unidades.
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2. Configuración de la eficiencia de la bomba del sistema
Ahora, vamos a definir la eficiencia de la bomba, para ello en el menú despegable seleccionar
Components y Pump Definitions.
Hacer click en el botón New
e ingresar el nombre de la
definición de la bomba como
“Bomba_Tipo”.
En el menú despegable Pump
Definition Type, seleccionar
Standard (3 Point) e
ingrese los datos, que se
muestra.
En la pestaña Efficiency,
defina una eficiencia constante
del
100%
(Constant
Efficiency).
Hacer click en Close.
Ahora en la ventana de propiedades de la
bomba PMP-1, seleccionar en Definición de
Bomba (Pump Definition) “Bomba_Tipo”.
Observe que el estado inicial (Status
(Initial)), de la PMP-1 es ON (Encendido),
esto es para la hora inicial de cálculo
(00:00:00 horas).
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3. Configuración de Controles Operacionales
En el Escenario N° 1, el funcionamiento de las bombas (Encendido y apagado), se establecerán de
acuerdo al nivel del desagüe en la cámara húmeda PH-1, así:
Si nivel de desagüe en cámara húmeda PH-1 es mayor a 17.40 m
entonces
bomba PMP-1 debe encenderse.
Si nivel de desagüe en cámara húmeda PH-1 es menor a 13.72 m
entonces
bomba PMP-1 debe apagarse.
Condición (Condition)
Acción (Action)
En el menú despegable seleccionar
Components y luego Controls.
Debiendo
mostrase
siguiente ventana:
la
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Seleccione la pestaña
Conditions. Luego
haga click en la
pestaña del botón
y
New
seleccione la opción
Simple.
Configurar la primera condición (Conditions) como se muestra a continación:
Condition Type: Element
)
Element: W-1 (Para ubicar la cámara húmeda W-1 hacer uso del botón
Tank Attribute: Hydraulic Grade (Cota piezométrica ó cota de nivel de desague en la cámara
húmeda)
Operator: >
Hydraulic Grade: 17.40 m.
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Realice el mismo procedimiento realizado para la primera condición, para crear la segunda condición
restante, debiendo verse la pestaña Conditions como sigue:
Ahora, seleccione la pestaña Actions. Luego haga click en el botón New
Simple.
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y seleccione la opción
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Configurar la primera acción (Actions) como se muestra a continación:
Element: PMP-1 (Para ubicar la bomba PMP-1 hacer uso del botón
Pump Attribute: Pump Status (Estado de la bomba)
Operator: =
Pump Status: On.
)
Realice el mismo
procedimiento
efectuado para la
primera condición,
para
crear
la
segunda
acción
restante, debiendo
verse la pestaña
Actions
como
sigue:
A continuación, seleccione la pestaña Controls, para configurar los controles combinando las
condiciones y acciones creadas anteriormente, haga click en el botón New
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. En la parte inferior se
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despliega las opciones de configuración donde el opeador <IF> solicita una condición, mientras los
operadores <THEN> y <ELSE> piden se seleccione las acciones correspondientes. A continuación se
observa la creación del primer control, crear los controles restantes, debiendo mostrarse lo
siguiente:
Los 02 controles lógicos creados, serán utilizados en el Escenario N°1, para ello debemos hacer que
estos controles se agrupen en un “SET” de controles lógicos.
Ingrese a la pestaña Logical Control Sets. Hacer click en el botón New
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.
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En la ventana Logical
Control Set, añadir
(con el botón Add) los
dos controles lógicos de
la izquierda a la derecha,
como se muestra.
Luego hacer click en OK.
Nombre el Grupo de Control (Control Set) como “Controles para la Bomba”. Luego cerrar la
ventana.
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4. Configuración de Aliviaderos
En el Escenario N° 1, consideraremos que en el buzón Bz-5 existe una estructura de alivio la cual
permite desviar parte del flujo hacia un cauce natural de aguas, cuando el flujo entrante a este buzón
supere 1250 l/s.
Para ello a partir del buzón Bz-5, trazaremos un
conducto virtual (CO-13) que nos permitirá crear
el desvío hacia el curso natural que será
representado por un prototipo Outfall (OF-2),
debiendo visualizarse lo siguiente:
Ahora, haga click derecho sobre el conducto CO13 y selecciones Properties:
En la categoría Diversion (Desvíos), en el campo “Is
Diversion Link?” seleccione True, luego en el
campo “Diversión Rating Curve” haga click en el
, para acceder a la ventana “Diversión
botón
Rating Curve”, en la que ingresará la siguiente
información:
Haga click en OK.
Ahora en la categoría Physical de la ventana de
propiedades del conducto CO-13 en el campo
Conduit Shape seleccione Virtual.
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4. Creación del Escenario N° 1: SPE sin Evento Pluvial
En la ventana de alternativas, seleccionar la
alternativa Operational (Operacional), la
alternativa “Base Operational” nombrarlo
como “Control para la Bomba”.
Ahora debe hacer doble
click sobre la alternativa
creada “Control para la
Bomba”. En la siguiente
ventana seleccionar en
Control
Set
“Controles
para
la
Bomba”,
debiendo
mostrar lo siguiente:
En el Menú Analysis seleccione
Calculation Options o haga click en el
botón
.
En la ventana Calculation Options,
hacer doble click sobre la opción de
cálculo Base Calculation Options y
configúrelo como se muestra a la derecha.
En la ventana de propiedades de la opción
de cálculo Base, seleccione en Time
Análisis Type “EPS” (Simulación en
Periodos Extendidos”. Como tiempo inicial
(Start Time) las 12:00:00 a.m. ó 00:00:00,
dependerá de la configuración del sistema
Windows.
La duración (Duration) será 24 horas, el
paso de tiempo hidráulico (Hydraulic
Time Step) de 1 hora (Quiere decir que
el programa nos proporcionará resultados
hidráulicos cada hora) y el paso de tiempo
hidrológico (Hydrologic Time Step) de
0.1 hora.
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En la ventana de escenarios, el escenario “Base”
renombrarlo como “Escenario N° 1: SPE Sin
Evento Pluvial”.
Haga click en el botón Compute
.
Debiendo obtener la siguiente ventana, donde se aprecia el resumen de los resultados de la
simulación en periodos extendidos:
Observamos que se muestra un resultado para cada paso de tiempo hidráulico de 01 hora,
existiendo también horas intermedias, las cuales corresponden a un cambio operacional ocurrido con
algún elemento.
Trials, significa el número de iteraciones que realizó el programa para balacear la red para cada uno
de los pasos de tiempo hidráulico.
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5. Visualización y verificación de resultados del Escenario N° 1
Para poder visualizar la evolución en el tiempo de los resultados, haga click en el botón
Results Browser – Navegador de resultados de SPE (Simulaciones en Periodos Extendidos).
EPS
Por ejemplo, abrir la tabla de conductos y en la ventana EPS Results Browser, configurar la
presentación para la hora 18 en la parte que señala el tiempo (Time), debiendo mostrar lo siguiente:
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Observaremos gráficos de variación del nivel del desagüe en la cámara húmeda W-1 y la variación del
caudal de la bomba PMP-1, para ello haremos uso de gráficos temporales:
Sobre el elemento
Cámara Húmeda W1, hacer click derecho
y seleccionar Graph.
En la ventana de la
derecha en Fields
(Campos) elegir sólo
Hydraulic
Grade
Line
(Cota
piezométrica).
Luego hacer click en
OK.
Mostrándose, la gráfica de variación del nivel de desagüe (cota piezométrica) en la Cámara Húmeda
W-1.
Tener presente que en la parte superior existe la etiqueta Data, en la cual podrá observar los
valores del nivel de desagüe en la cámara húmeda para las diferentes horas.
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Ahora, sobre el
elemento
Bomba
PMP-1, hacer click
derecho
y
seleccionar Graph.
En la ventana de la
derecha en Fields
(Campos) elegir sólo
Flow (Flujo).
Luego hacer click en
OK.
Obsérvese la gráfica del caudal de bombeo, apreciándose las veces en que la bomba PMP-1 se ha
encendido y apagado.
En la parte superior existe la etiqueta Data, donde podremos observar los valores del caudal de
bombeo de la bomba PMP-1.
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Ahora vamos a graficar los hidrogramas de los conductos CO-2 y CO-3, para lo cual mantenga
presionada la tecla Ctrl y seleccione con el puntero del Mouse los conductos CO-2 y CO-3 y haga
click derecho y seleccione Hydrograph, debiendo visualizarse lo siguiente:
Ahora vamos a graficar las curvas de variación de la tensión tractiva en los conductos CO-2 y CO-3,
para ello haremos uso de otra forma de visualizar gráficos, los cuales podrán guardarse en forma
permanente:
Hacer click en el botón Graphs
.
Ahora, en la ventana Graphs, haga click en el
botón New y seleccionar Line Series Graph.
Deberá visualizar, la ventana Select.
Con el botón
, seleccionar los conductos
CO-2 y CO-3, luego hacer click derecho y elegir
Done.
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En la ventana de la
derecha, hacer un
check en Tractive
Stress
(Tensión
Tractiva).
Debe quitar el check
en el resto de los
campos.
Luego hacer click en OK.
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Referencias Bibliográficas Básicas
1.
HAESTAD METHODS. Wastewater Collection System Modeling and Design. Haestad Press.
USA. 2003.
2.
HAESTAD METHODS AND BENTLEY INSTITUTE PRESS. Computer Applications in Hydraulic
Engineering, Haestad Press. USA. 2007.
3.
Fair, G., Geyer J., Okun D. Abastecimiento de Agua y Remoción de Aguas Residuales. Limusa
Noriega Editores. 1999.
4.
Juan Saldarriaga V. Hidráulica de Tuberías. Mc Graw Hill. Colombia. 1998.
5.
Arocha, Simón. Cloacas y drenajes / Simón Arocha. Caracas: Ediciones Vega. 1983.
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