Modelacin y Diseo de Sistemas de Riego Usando WATERCAD V8 XM
Construccin de una Red de Riego incluyendo Reservorio y
VlvulasTaller 1Objetivo General
Usando el sistema hidrulico de distribucin de agua de riego del
proyecto La Zaranda como se muestra en la figura de abajo,
construiremos un modelo conteniendo un reservorio, una bomba y una
vlvula reductora de presin (VRP).Vamos a llevar a cabo dos
simulaciones que nos permitirn analizar el comportamiento del
sistema hidrulico de distribucin de agua de riego del proyecto La
Zaranda, el primer escenario contar con la demanda de Todos los
Turnos, y el segundo tendr una demanda solo que solo corresponder
al Turno I.Las tuberas del sistema son de PVC y son prcticamente
nuevas ya que estamos efectuando el diseo por lo cual lee
asignaremos un coeficiente de rugosidad C (Hanzen-Williams) de
140.
Objetivos Especficos del Taller
Despus de completar este taller, usted deber ser capaz de
realizar en WaterCAD
Familiarizarse con la interfaz de WaterCAD
Trazar una red de riegos e ingresar los datos de los
elementos
Configurar prototipos de los elementos
Ingresar definicin de bomba y datos complementarios
Modelar vlvula reductora de presin (VRP)Creacin de un nuevo
proyecto de WaterCAD
1. En su escritorio, haga Doble click en el icono de WaterCAD
V8i o WaterGEMS V8i o dirjase al botn de icono /programas/
Bentley/para encontrar el acceso directo. A continuacin recibir la
siguiente ventana de bienvenida.
2. Click en create a New Project. Si la ventana de bienvenida no
estuviera abierta seleccione el men File/New.
3. Una vez el nuevo proyecto haya sido creado, dirjase al men
file/Save As. Nombre el proyecto como Taller1 _/sus iniciales. WTG
y haga click en el botn Save.
Configuracin de las propiedades del proyecto (Opcional).
Un primer paso recomendable ser ingresar las propiedades del
proyecto. Aunque esto no es obligatorio, siempre es recomendable
agregar informacin relativa y notas adicionales al modelo.
1. Haga click en el Nenu File/Proyect Properties.
2. En el cuadro de dialogo ingrese una informacin ms descriptiva
del ttulo que tendr este proyecto, del nombre del ingeniero
proyectista, su empresa. Finalmente, tiene un campo de Notas donde
puede agregar observaciones que faciliten la revisin del modelo por
parte de una tercera persona. Haga click en una vez complete la
informacin.
Definicin de Opciones del Proyecto.
A continuacin, ser necesario definir algunas opciones generales
y de dibujo del proyecto antes de comenzar el dibujo del
sistema.
1. Haga click en el Mwnu tolos/ Options.
2. En la pestaa Unitsvaya al men desplegable Reset Defaults y
seleccione sistema internacional, para asegurarse que este ser el
sistema de unidades que por defecto adoptara cada parmetro.
3. En este taller trabajaremos en forma esquemtica (es decir, la
longitud en el dibujo no es la real, pero el esquema es
proporcional).Seleccione entonces la pestaa Drawing y defina el
modo de dibujo (Drawing Mode) como esquemtico (Schematic) y
seleccione los multiplicadores de tamao de smbolos y anotaciones
como 10.0 tal y como se ilustra:
4. Finalmente, haga click en Ok para aceptar los cambios
realizados.
Nota: Al escoger la opcin de dibujo como esquemtica, esto
implicara que usted estar ingresando manualmente las longitudes de
la tubera en lugar de usar longitud escaladas que seran calculadas
automticamente por el programa.
Siempre deber tener en cuenta que al crear nuevos modelos es
necesario en primera instancia definir la configuracin bsica del
proyecto.
WaterCAD/GEMS tiene la capacidad de trabajar con varios fluidos
a diferentes temperaturas al igual que con diferentes mtodos de
friccion.
Para definir las operaciones de clculo, abra el cuadro de
dialogo Calculation Options que encuentra en el men Analysis o
presione [Alt+3].
Sobre la categora Steady State/EPS Solver (opciones de clculo
para rgimen permanente) haga doble click sobre base Calculations
Options para desplegar la ventana de propiedades.
En este caso aceptaremos las configuraciones por defecto. Esto
es la ecuacin de Hazen Williams como mtodo de friccion, y como
lquido agua a 20 grados C.
Los valores intrnsecos del fluido proceden de las libreras
deingenieria previamente creadas en el programa, pero estas librera
puede ser personalizadas por el usuario.
Como se ha notado, el programa ofrece la posibilidad determinar
prototipos para cada uno de los elementos de waterCAD.Para
visualizar este cuadro de dialogo, vaya al men View y seleccione
Prototypes
En esta ventana usted puede determinar prototipos para cada uno
de los elementos de WaterCAD/GEMS especificando caractersticas que
sern ingresadas por defecto cada vez que sea crear tantos
prototipos como sea necesario.
Expanda la categora Pipe, haga click en el botn New para crear
el nuevo prototipo (escoja el nombre de sus preferencia) y a
continuacin configuraremos este prototipo en la ventana de
propiedades.
Como primera medida en la tabla de propiedades del prototipo,
elegiremos hierro fundido (Cast Iron) como el Material. Para hacer
esto seleccionaremos material en los parmetros fsicos (physical) y
haremos click en el botn ellipsis ,y se desplegara esta nueva
ventana con la librera de materiales que la expandir la lista nos
mostrara el material Hierro Fundido.
Para seleccionar el material simplemente haga click en el botn
.
Note que la rugosidad original para las tuberas de PVC es de 150
segn la librera de ingeniera de WaterCAD. Sin embargo dado que la
tubera es casi nueva vamos a cambiar la rugosidad por 140. Esto se
realiza en el campo Hazen-Williams C.
Para definir el dametro del Prototipo de tuberas definiremos 100
mm, as mismo definimos como Falsa la pregunta de si la longitud
estar definida por el usuario (Has user defined lengt?), con ello
establecemos que las longitudes se definirn en la misma rea de
dibujo segn el mapa de fondo [Backgroud Layers].
En el men desplegable principal File selecciones Save y Digite
Taller1_Lazaranda en el campo File Name para nombrar el archivo.
Luego haga click en Save para guardar el archivo.
Construccin del modelo
Dibuje el siguiente sistema de riego con las herramientas de
dibujo.
Pistas:
Empiece dibujando los nodos J-1, J-2 hasta J-7, luego nuevamente
empiece nuevamente a dibujar los nodos J-8, J-9 hasta J-11, as
sucesivamente dibuje todos los nodos, hasta el J-44, tenga mucho
cuidado en la numeracin y ubicacin de los nodos segn las parcelas o
sub unidades de riego. Luego dibuje las tuberas P-1, P-2, P-3,
iniciando del nodo J-16, luego al J-15 al J-11 y finalmente al J-7.
Respectivamente.
Finalmente dibuje el Pozo como R-1, la Bomba como PMP-1 y las
tuberas P-41 y P-42.
Para ingresar los valores de elevaciones y demanda en nodos
podramos hacer uso de distintas herramientas o introducir cada dato
a travez de la ventana de propiedades, en este caso haremos uso del
centro de control de demandas y de los reportes tabulares. Los
datos a usar aparacen en la siguiente tabla:
Datos para los nodos
Nodo
Elevacin (m) (Elevation)
Demanda (L/s) (Base Flow)
J-1
10.00
5.24
J-2
10.00
3.97
J-3
10.50
5.24
J-4
10.50
3.94
J-5
10.50
5.24
J-6
10.50
3.94
J-7
10.75
3.94
J-8
10.00
7.44
J-9
10.25
8.12
J-10
10.50
8.12
J-11
11.00
8.12
J-12
10.50
7.54
J-13
10.50
7.54
J-14
10.75
7.54
J-15
11.75
7.54
J-16
11.50
7.76
J-17
11.75
4.14
J-18
11.75
4.17
J-19
11.50
4.31
J-20
11.50
4.38
J-21
11.50
3.37
J-22
11.50
1.84
Nodo
Elevacin (m) (Elevation)
Demanda (L/s) (Base Flow)
J-23
15.50
8.27
J-24
13.50
8.77
J-25
13.00
8.68
J-26
12.50
4.26
J-27
14.00
5.79
J-28
14.50
5.53
J-29
12.50
5.2
J-30
12.50
3.71
J-31
10.25
4.21
J-32
11.50
6.4
J-33
12.50
8.55
J-34
13.00
10.07
J-35
11.25
7.68
J-36
11.50
7.71
J-37
11.75
1.71
J-38
10.50
6.41
J-39
10.50
3.54
J-40
10.50
3.45
J-41
10.50
3.39
J-42
10.50
2.22
J-43
10.50
4.16
J-44
10.50
3.15
Ejecute el Centro de Control de Demandas (Demand Control
Center), que se encuentra como botn en la barra de herramientas o
como opcin en el Tools. Luego, bajo el men desplegable del botn
New, seleccione Initialize Demands for All Elements.
Para ingresar los valores de demanda nos aseguramos que las
unidades estn en litros por segundo.
Para tal fin, haga click con el botn derecho en la columna de
demanda (Base Flow) y seleccione Units and FormattingSeleccione del
men (l/s) como la unidad de demanda con 2 decimales de presin. Haga
click en Ok.
Finalmente introduzca los valores de demanda dados tal como se
indica en la figura.
Haga click en el icono de reportes tabulares del men desplegable
y seleccione el reporte de nodos (Junction Table). En dicho
reporte, ingrese las elevaciones para cada nodo. Asegrese que los
nombres de los nodos (J-1, J-2,etc.) coincidan con los indicados en
las tablas, as tambin como el orden de los mismos. Paro ordenar la
lista de nodos simplemente haga click derecho en la columna Label,
y escoja la opcin ordenar (Sort)
Luego de introducir las elevaciones, la tabla de uniones debiera
visualizarse de la siguiente manera:
Cierre esta tabla. Vuelva a seleccionar el botn de los reportes
tabulares, pero esta vez seleccione Pipe Table y presione OK. En
estas tablas ingresara los valores para las tuberas.
Datos para las TuberasTuboDimetro Diameter (mm)TuboDimetro
Diameter (mm)TuboDimetro Diameter (mm)TuboDimetro Diameter (mm)
P-1160P-13140P-25110P-37110
P-2160P-14110P-2690P-3890
P-3160P-1590P-27110P-3990
P-4140P-16140P-2890P-4090
P-5140P-17140P-2990P-41140
P-6140P-18140P-30140P-42110
P-7110P-19140P-31110P-4390
P-890P-20140P-32140P-44160
P-990P-21140P-3390P-45160
P-10140P-22160P-3475P-46160
P-11110P-23160P-3575
P-1290P-24140P-36140
Si las tuberas aparecen en un orden diferente al mostrado en la
tabla anterior, debe organizarlas para no cometer errores. Para
esto, haga click derecho en la columna Label. Luego seleccione Sort
y Ascending.
Esta es la tabla que Ud. Debera ver si ha ingresado los datos
correctamente:
Para ingresar los valores de las vlvulas reductoras de presin,
utilice tambin los reportes tabulares, en este caso seleccionando
PRV Report.
Datos para la vlvula reductora de presin
Vlvula
Elevacin (Elevation) (m)Dimetro (Diameter) (mm)Hydraulic Grade
Setting (Initial) (m)Direccin de Flujo (Downstream Pipe)Pressure
Setting (Initial) (m H2O)
PRV-111.516042.05P-45 --> P-4630.5
A continuacin la tabla personalizada de vlvula con los datos
completos.
Es posible, que debe hacer click en el botn Edit , el cual le
permite personalizar su tabla y agregar columnas adicionales. En
este caso debemos ingresar el gradiente hidrulico de configuracin
de la vlvula (Hydraulic Grande Setting). Pregunte al instructor si
tiene dudas sobre como editar los reportes tabulares.
Para corregir los sentidos de flujo de las vlvulas, ingrese a la
ventana de propiedades de cada una haciendo click en las mismas
sobre el dibujo. Y revise donde se define la tubera aguas abajo
(Downstream). Este parmetro lo podr encontrar en la categora Las
vlvulas tienen sentido desde el nodo Upstream hacia el nodo
downstream.
Si la direccin no es la adecuada segn la tabla anterior, cmbiela
con la opcin Reverse que aparecen en las men desplegable.
A continuacin deberemos ingresar los datos de la bomba y el
reservorio. En el caso de la bomba, la curva caracterstica dada por
el fabricante es la siguiente:
Datos para la bomba
Elevacin (m)-25.00
Curva caudal presinDescarga (l/s)
Carga (m)
0.00
96.00
32.00
76.00
47.00
50.00
Para curva de eficienciaDescarga (l/s)
Eficiencia (%)
8.00
30.0
32.00
75.0
47.00
78.0
Para ingresar los datos de la bomba se requiere primero definir
las caractersticas de la misma en el administrador general. Desde
el men principal desplegable Components, seleccione Pump
Definitions.
Haga click en el botn New y nombre a la nueva definicin de bomba
como Definicion Bomba 1En la ventana derecha, seleccione el tipo de
definicin (Pump Definition Type) en el men desplegable como una
definicin de curva de tres puntos Standard (3 Point) e ingrese los
datos indicados en la tabla.
El siguiente es el esquema y grafico que debe observarse en el
cuadro de dialogo Pump Definitions luego de haber ingresado la
informacin:
Dirjase a la pestaa Efficiency y defina en este caso una
eficiencia de mltiples puntos (Multiple Efficiency Points)
ingresado la informacin como se muestra a continuacin:
Haga click en Close.
Habiendo creado la Definicin Bomba 1, debemos ir al cuadro de
propiedades del elemento PMP-1 y en el parmetro Pump Definition
seleccionamos la configuracin Definicin Bomba 1.IMPORTANTE: No
olvide asignar la elevacin de la bomba, que segn los datos del
modelo es de -25 m.
Para realizar la simulacin hidrulica, solo nos resta ingresar la
definicin del Reservorio, con base en la siguiente informacin:
Datos para el Reservorio
Nodo
Elevacin (m)
R-1
-25.00
Para ingresar los datos del reservorio haga Click en el smbolo
del mismo e incluya en la ventana de propiedades del valor de -25.0
m como la elevacin que tiene la lmina o espejo de agua en dicho
reservorio.
Simulacin 1 Demanda de todos los turnos a la vezAhora estamos
listos para ejecutar las simulaciones. Dirjase al centro de control
de escenarios Men Analysis/ Scenarios.
Como primera medida vamos a renombrar el escenario existe (Base)
con el nombre Todos los Turnos.
Este escenario tendr la alternativa de demanda Todos los Turnos,
para esto cargamos la ventana de alternativas con Men Analysis/
Alternatives.
Para el escenario Todos los Turnos creado, verificamos en las
opciones de clculo (Calculations Options) para rgimen permanente,
que se trata de un clculo hidrulico bsico (Hydraulics Only) y que
el tipo de anlisis (Time Analysis Type) es en Estado Esttico.
Haga Click en los botones Validate y Compute respectivamente,
revise y compare los resultados para esta simulacin. En la ventana
Calculation Summary podr observar si se present algn error en el
clculo.
Nota: Al verificar resultados, recuerde que los reportes
tabulares son personalizables, y pueden agregarse los parmetros de
entrada y resultados de su preferencia.
Simulacin 2 Demanda en el Turnos - 1Ahora efectuaremos la
simulacin hidrulica solo para el Turno - 1, por lo cual la demanda
solo se considera en los nodos J-1, J-2, J-3, J-4, J-5, J-6 y J-7,
con los valores ya ingresados, para el resto de los nodos es decir
desde J-8 hasta J-44 se considerar como cero. Definiremos una
alternativa de demanda diferente para crear un nuevo escenario para
esta simulacin.
Para crear una nueva alternativa, vaya a la ventana de
administracin de alternativas haciendo Click en el botn o
seleccionando Alternatives en el men principal Analysis.
Seleccione y expanda la Alternativa de Demanda (Demand
Allternative) en el rbol de alternativas tal y como lo indica esta
pantalla.
Al expandir las alternativas de demanda observar la existente
Todos los Turnos, Seleccionando esta alternativa hacemos click en
el botn derecho del mouse y seleccione New y luego Add Child una
vez creada la nueva alternativa la renombraremos haciendo click
derecho como Turno - I
La nueva alternativa aparece en la jerarqua como hijo de la
anterior y ha heredado todos los valores de demanda de sus
padre.
Esto puede identificarse porque la nueva alternativa se
encuentra desplazada hacia la derecha.
Ahora simplemente haga doble click en la Alternativa Demanda de
Turno-I, y edite la demanda de los nodos J-8 hasta J-44 como cero y
deje las demandas de los nodos J-1 hasta J-7.
La tabla de demanda en las uniones, debiera aparecer de la
siguiente forma:
Haga click en el botn Close para cerrar esta ventana.
Ahora cree un nuevo escenario hijo para incorporar esta
alternativa de demanda. Seleccione Scenarios del men principal
desplegable Analysis, o simplemente haga click en el botn de la
barra de herramientas.
Seleccionando el escenario Todos los Turnos, haga click en el
botn derecho de sus Mouse, y seleccione New/Chid Scenario.
Nombre el nuevo escenario como Turno I para describir su
simulacin.
De momento, este nuevo escenario ha heredado las alternativas
que conformaban al escenario padre. Para modificar esta
configuracin y asignar diferente (s) tipos de alternativas,
simplemente debemos hacer click en el escenario Turno I e ir a la
ventana de Propiedades que nos indica las alternativas vigentes
para este escenario.
Para modificar alternativas en un escenario determinado debe
seleccionar la categora correspondiente a la izquierda del cuadro
de dialogo.
En este caso seleccionamos la Alternativa de Demanda y
seleccionamos del men desplegable Turno I.Todas las dems
alternativas sern las mismas que para la primera simulacin.
Vuelva al cuadro de dialogo de escenarios, para ejecutar la
simulacin de este nuevo escenario.
Haga click en el men desplegable del botn Compute y seleccione
Batch Run del conjunto de opciones desplegadas.
Con esta herramienta usted puede correr todos o algunos de los
escenarios simultneamente. En este caso solo vamos a correr este
nuevo y ultimo escenario que hemos creado.
Active la caja para el escenario Turno-I y haga click en
Batch.Se le presentara con un mensage de confirmacin, haga click en
Yes. Luego obtendr un mensaje de finalizacin. Haga click en Ok.
Revise los resultados para esta simulacin. Asegrese que el nuevo
escenario Turno I se encuentra activo. Para esto simplemente debe
en la ventana de escenarios seleccionar el escenario Turno I y
hacer click en el botn (Make Current).
Tabla de Reporte de Nodos
Tabla de Reporte de Tuberas
Resultados Simulacin12
EscenarioTodos los TurnosTurno I
Gradiente Hidrulico J-1 (m)(Calculated Hydraulic Grade)
Gradiente Hidrulico J-7 (m)
(Calculated Hydraulic Grade)
Gradiente Hidrulico J-16 (m)
(Calculated Hydraulic Grade)
Presin de Descarga PMP -1
Pressure Dischange (m H2O)
Discusin Por qu es importante el uso de la vlvula PRV- 1, que
funcin o elemento se simula en este modelo y en qu condiciones
iniciales podra estar?.Qu cantidad de flujo bombea por la bomba
PMP-1 en las simulaciones 1 y 2 respectivamente?.Qu nodos presentan
la mayor y menor presin en las simulaciones 1 y 2
respectivamente?.
Qu tubera presenta las mayores prdidas por friccin m/km en el
Turno I?.Jos Arapa Q.
Taller 1 Pgina 22