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II - Generalidades Modelos de Simulación

Curso WaterCAD/GEMS

Generalidades de la Modelación Hidráulica de Redes de Distribución © 2008 Bentley Systems, Incorporated

Tipos de Simulaciones

Disponibles en WaterCAD/GEMS V8 XM • Simulación Estado Estático (SS) • Simulación en Periodo Extendido o CuasiEstático (EPS) • Calidad del Agua (EPS) – Edad – Trazado – Constituyente (Cloro Residual, THM´s, etc.)

• Análisis de Protección Contra Incendio (SS) • Análisis Elementos Críticos (EPS) • Optimización (SS) 2

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Generalidades de la Simulación • Aproximación a la Realidad • MODELO = SOFTWARE + INFORMACION • Recolección y revisión de información toma tiempo • Ingreso de Datos Topológicos y Operativos • Decisión si los resultados son razonables • Aplicar un buen criterio de Ingeniería INPUT : BASURA → OUTPUT : BASURA

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Aplicaciones de la Modelación Hidráulica • • • • • • • • • • 4

Diseño y Planeación Maestra Esquemas Operativos Costos de Energía Análisis de uso del Agua Control en Tiempo Real Auditoria y Detección de Fugas (ANC) Protección contra Incendios Modelación de Calidad del Agua Análisis de Vulnerabilidad Análisis Transientes y Dispositivos de Protección © 2008 Bentley Systems, Incorporated

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Campos de Interacción Modelación = Esfuerzo interdisciplinario       

Administración y Gestión Divisiones de Operación y Control Planeación Estratégica División Técnica y Proyectos GIS División Comercial (Facturación) Participación Ciudadana

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Construcción de Modelos Fase 1: Construcción topológica Fase 2: Información de infraestructura Fase 3: Asignación de elevaciones Fase 4: Estimación de demandas Fase 5: Simplificación o esqueletización Fase 6: Escenarios y alternativas Fase 7: Ejecución de simulaciones Fase 8: Calibración La modelación es un proceso iterativo y en permanente evolución !! 6

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Fase 1: Construcción Topológica

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Fase 1: Construcción Topológica  Dibujos CAD, Archivos GIS y/o planos en papel  Procesos manuales o automáticos (ModelBuilder)  Determine tuberías a ser incluidas  Identificadores para nodos y conexiones  Verificación en campo  Revisión de conectividad  Involucrar operarios y delineantes  Establezca un protocolo interno para futuras construcciones de modelo Nunca descarte la Información de Planos de Obra! 8

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Fase 2: Información de infraestructura LONGITUDES • Real – No de punto a punto • Esquemática vs. A escala (2D / 3D) • A escala: – Longitudes automáticamente determinadas

• Esquemático – Longitudes definidas por el usuario

DIÁMETROS  Diámetros nominales vs. diámetros reales (internos) 

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

Importante para tamaños pequeños y Análisis de Calidad

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Fase 3: Asignación de Elevaciones

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Fase 3: Asignación de Elevaciones • Usadas para convertir gradientes a presiones • Pueden usarse elevaciones del… – Suelo, – Tubería ó – Usuario

• Conservar consistencia. Si existe información topográfica de calidad, se podrán construir Modelos Digitales de Terreno Fiables !

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Fase 3: Asignación de Elevaciones Convirtiendo línea piezométrica a presiones

553.84’ 55.0 psi 548.34’ 57.4 psi

545.79’ 545.38’

538.32’

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58.5 psi 58.7 psi

61.8 psi

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Fase 4: Estimación de demandas

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Fase 4: Estimación de demandas • Promedio diario anual actual • Estudios de Uso de suelo • Variaciones y picos temporales • Agua no contabilizada – Pérdidas • Flujos de incendio • Proyecciones Futuras

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Fase 4: Estimación de demandas Rendimientos porcentuales s =

r

Q Qif

Qr

=

s

g

Qic (incontrolado consumido)

Qif (fugas) Eficacia de la medida

Qica (ausencia

Qice (error contador)

de contador)

Qs

=

Qr (registrado) Estado de la red

=1 Q - Q

g

Eficacia de la gestión

Qi (incontrolado)

Qr

Qs

=

Balance hídrico Q (inyectado)

Control de acometidas r

Qical (acometidas

Qicai (acometidas

legales)

Q suministrado = registrado

Ilegales)

- incontrolado consumido

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Fase 4: Estimación de demandas Estimación de uso del agua    

Uso del suelo Sectorización de la Red Sistema Comercial Lecturas medidores

Corrección por agua no contabilizada  Población de Contadores  Curva de Error de los Contadores  Patrones de Consumo

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M OR AI RA

Fase 4: Estimación de demandas Asignación Micro-zonal

80

DE

U R

80

UR

R U

80

O

A

FD

T2978 $

A 3018 3020 3019

N

UR

2969

N

Codificada Q=0

A

2968 Codificada Q > 0

d

T $

12 5

PE LA Y

Capa Acometidas A

A

RR IA

10 0

CONVENCIONES

EZ

A

CA LL OS

3021

3047

A

A

EN SA

A

A

A

A

A

T $

M EN EN D

A

N

A

2993

A

N

A

N

A

A

A

A

A

A

R U

A

PE

FD

A

A

N

A

80

50

0

A

A

R

d

3066 3050 10 S # 3065

O

U

A

1:577 UR

A 3003 2998 N 2997 3001 d 2099 R 2995

Establecimiento Relación Acometidas – Líneas (Barrido).

R

S #

ENTORNO GIS: Barrido y 3115 3117 Asignación Acometidas

5 12

SI EN AS

N

3025 DO L A 3024 OR 3026 ES 3023 A 3022 S #

3113 3070 3068 3067

O VA

U

R

UR

R

M ON

UR

60

C

1 3027

R U

d

R

3005 A 3004 3000

80

5U 12

80

A

5 12

d 3028 3107 3109

3002

T $

3119

3120

U 25

IN

A 3112 3114

QU

A

5 12

T $

A JO

70

3116 A 3118 A

R U

E

AL GR

AY TR AS U R

T $

A N

3071

S #

AN ILL LM

2982

T $

5 12

3073

P 30 0 10

5

FASE I

S3100 #

3103 AY TR A AS 3105 A AN $ 3106 T LL $ T MI L $ A TT $ GR 3108 UR

U

A GR

T N 3123 $

FD

3102

60

3074

T $

A

UR

d

3075

70

3101 0

FD

FD

A

12 3110 A 3111 3104 A

UR

0 10

5 12

N

D

S #

S #

45039

A 3097 AIR OR 3098 M

d 33872 F 0 10 3999

3076

3124

d

A

3077

AY STR NA LA MIL

T 10 $

A

UR

3095

FD

S #

3078

S #

3096

80

A

A

3079

FD

42317

AL TE A

RT ET

60

60

A

A

PO

3082

A

UR

A

80

FASE II Distribución Nodal de Consumos.

No Data

Esquema y Ecuaciones de Asignación: n

xn x1

x2

n A2

A3

An

LT

2

QD 2 i 1

xi LT

i 1 A1

1

LT

QD1

QAi

xi QAi LT

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Fase 4: Estimación de demandas Proyecciones de Demanda

• Proyecciones espaciales y temporales de población • Donde ocurrirá gran crecimiento? • Donde se ubicarán los grandes consumidores? • Dotaciones futuras de racionalización de uso Proyecciones alternativas de demanda

Demanda media

1960 18

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030 © 2008 Bentley Systems, Incorporated

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Fase 5: Simplificación o esqueletización

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Fase 5: Simplificación o esqueletización Nivel 1 – Simplificación  Rastreo y Remoción de Datos (Data Srubbing).

Nivel 2 – Técnicas Analíticas  Remoción y Acoplamiento de Segmentos en Serie  Recorte de Ramales (Branch Trimming).

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Fase 5: Simplificación o esqueletización

A

A

C

C

Cual es el Nivel de Esqueletización Deseado? 21

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Fase 5: Simplificación o esqueletización Aplicaciones que permiten mayor esqueletonización − Planeamiento maestro − Estudios regionales de calidad de agua − Estudios de consumo de energía − Elaboración de curvas de sistemas

Aplicaciones que requieren mas tuberías. − Diseño − Análisis de calidad de agua − Análisis contra incendios

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Fase 5: Simplificación o esqueletización NIVEL 1 Pressure (psi)

77

NIVEL 2

Skel1

76

Skel2

75

Skel3

74

Skel4

73 72

NIVEL 3

0

5

10

15

20

25

NIVEL 4

NIVELES DE ESQUELETIZACIÓN

Chlorine Residual (mg/L)

Hours 1 0.8

Skel1

0.6

Skel2 Skel3

0.4

Skel4

0.2 0 0

5

10

15

20

25

Hours

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Fase 6: Escenarios y alternativas Ciclo de escenarios Construir modelo (Escenario base) Calcular escenario Revisar resultados

Editar escenario

Agregar escenario

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Escenario

Alternativas - Topología Activa - Física - Demanda - Config. Inicial - Operacional - Edad - Constituyente - Traza - Flujo de Incendio - Costo de Energía -Transiente** - PDD - Extensiones de Usuario

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Fase 6: Escenarios y alternativas • Escenario = Una Simulación distinta para el mismo modelo. – Contiene tipo de Simulación. – Usa datos de las alternativas.

• Alternativas = Grupo de datos. – Construyen bloques de escenarios.

• Herencia = Construir alternativas y escenarios basados en existentes. – Add (agregar) = No se heredan datos – Duplicate (duplicar) = Copia pero no conecta – Child (Hijo) = Conecta grupo de datos

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Fase 7: Ejecución de simulaciones TIPOS DE SIMULACIÓN ESTATICA Topología Física Demanda Conf. Inicial

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EPS Topología Física Demanda Conf. Inicial Cont. lógicos Operacional

CALIDAD DE AGUA

FLUJO DE INCENDIO

Topología Física Demanda Conf. Inicial Cont. lógicos Operacional Edad Traza Constituyente

Topología Física Demanda Conf. Inicial Flujo de incendio

TRANSIENTE Topología Física Demanda Conf. Inicial Cont. lógicos Transiente Operacional

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Fase 8: Calibración Ajustar las características del modelo hidráulico para representar de la mejor manera su comportamiento real

Dispositivos de Medición (Data-Loggers) Estaciones de Control Telemandadas

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DEMO Un paseo por WaterCAD/GEMS V8 XM © 2008 Bentley Systems, Incorporated

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Generalidades Modelacion Hidraulica