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• Markos Santisteban Inoñan

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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA: Programas usados en hidráulica de tuberías

CURSO: Mecánica de Fluidos II

ING. RESPONSABLE: Arbulu Ramos José

ALUMNOS RESPONSABLES: Santisteban Inoñan Markos

GRUPO: N° 8

Lambayeque, mayo del 2018

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INDICE INTRODUCCION PROGRAMAS USADOS EN HIDRAULICA DE TUBERIAS 1. WATERCAD 1.1. DESCRIPCIÓN …………………………………….……………………………..4 1.2. CARACTERÍSTICAS ……………………………………………………………4 1.3. METODOLOGÍA ………………………………………………………..……… 4 1.4. USOS y APLICACIONES ………………………………………………………..8 2. FLOWMASTER 2.1. DESCRIPCIÓN …………………………………………………………………...9 2.2. CARACTERÍSTICAS ……………………………………………………………9 2.3. USOS y APLICACIONES ………………………………………………………10 3. EPANET 2 3.1. DESCRIPCIÓN ………………………………………………………………….10 3.2. CARACTERÍSTICAS …………………………………………………………..11 3.3. METODOLOGÍA ……………………………………………………………….11 3.4. USOS ……………………………………………………………………..………11 3.5. APLICACIONES ……………………………………………………………..…12 4. STORMCAD 4.1. DESCRIPCIÓN ………………………………………………………………….12 4.2. CARACTERÍSTICAS …………………………………………………………..12 4.3. METODOLOGÍA ……………………………………………………………….12 4.4. USOS y APLICACIONES ………………………………………………………13 5. CalcOv 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 6. AMP

DESCRIPCIÓN …………………………………………….……………………13 CARACTERÍSTICAS …………………………………………………….…… 14 METODOLOGÍA ……………………………………………………………….16 USOS ……………………………………………………………………..………17 APLICACIONES ……………………………………………………….……….18

6.1. DESCRIPCIÓN ……………………………………………………………….…18 6.2. CARACTERÍSTICAS …………………………………………………………..18 6.3. METODOLOGÍA ……………………………………………………………….19 6.4. USOS ……………………………………………………………………….…….20 7. PipeChk: 7.1. DESCRIPCIÓN ………………………………………………………………… 20 7.2. CARACTERÍSTICAS …………………………………………………………..21 7.3. METODOLOGÍA ……………………………………………………………….22 7.4. USOS y APLICACIONES ……………..……………………………………….22 8. Pipe Flow Expert: 8.1. 8.2.

DESCRIPCIÓN ………………………………………………………………….24 CARACTERÍSTICAS …………………………………………………………..24

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8.3. METODOLOGÍA ……………………………………………………………….27 8.4. USOS y APLICACIONES ………………………………………………………30 9. WATERGEMS 9.1. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS …………………………………….31 9.2. USOS y APLICACIONES ………………………………………………………32 10. Epared 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 11. CalCol

DESCRIPCIÓN ………………………………………………………………….34 CARACTERÍSTICAS ………………………………………………………..…34 METODOLOGÍA ……………………………………………………………….34 USOS y APLICACIONES ………………………………………………………34

11.1. DESCRIPCIÓN …………………………………………………………………34 11.2. CARACTERÍSTICAS ………………………………………………………….35 11.3. METODOLOGÍA ………………………………………………………………36 11.4. USOS y APLICACIONES ………………………………………………………36 12. FLUIDFLOW 12.1. DESCRIPCIÓN ………………………………………………………………… 37 12.2. CARACTERÍSTICAS …………………………………………………………..38 12.3. METODOLOGÍA ……………………………………………………………….38 12.4. USOS y APLICACIONES ………………………………………………………38 13. KYPIPE – PIPE 2000 1.1. DESCRIPCIÓN ……………………………………………………………………39 1.2. CARACTERÍSTICAS …………………………………………………………….39 1.3. METODOLOGÍA ………………………………………………………………….40 1.4. USOS y APLICACIONES …………………………………………………………40

CONCLUSIONES REFERENCIAS

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PROGRAMAS USADOS EN HIDRAÚLICA DE TUBERÍAS 1.

WATERCAD:

1.1.

DESCRIPCIÓN: Es un software de modelado de uso hidráulico y la calidad del agua para los sistemas de distribución de agua, municipios y empresas de ingeniería confían WaterCAD como, ahorro de recursos, la aplicación de soporte de decisiones fiable para su infraestructura de agua. WaterCAD, ayuda a los ingenieros en el análisis, diseño y optimización de los sistemas de distribución de agua.

1.2.

CARACTERÍSTICAS: 

Permite crear un modelo de simulación de una red de distribución de agua, conformado por elementos tipo: Línea (tramos de tuberías), Punto (Nodos de Consumo, Tanques, Reservorios, Hidrantes) e Híbridos (Bombas, Válvulas de Control, Regulación, etc.)



Produce soluciones para el diseño, construcción y operación de infraestructuras en diversos campos.

1.3.

METODOLOGÍA:

WaterCAD consta de dos interfaces diferentes, que se elegirán según la conveniencia.

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WaterCAD stand alone: Dibuja la red de distribución con herramientas nativas de WaterCAD, garantizando conectividad y una topología hidráulicamente coherente, el usuario puede utilizar múltiples dibujos CAD o shapefiles como fondos de modelo y le da la posibilidad de encender o apagar capas con anotaciones, sentido de flujos y nomenclatura de elementos

WaterCAD for AutoCAD: Recomendada para usuarios con experiencia en AutoCAD, esta interface les permite utilizar directamente las herramientas de dibujo de AutoCAD que ya conocen para construir ágilmente modelos de simulación hidráulica. Observe las herramientas de WaterCAD integradas totalmente dentro de la

Pasos para la creación de un modelo de distribución hidráulica:

i.

Construcción o dibujo

Si se está diseñando un sistema totalmente nuevo y desea dibujar su modelo desde cero, se puede hacer con las herramientas de dibujo que WaterCAD le proporciona. Hacemos click en cada uno de los botones para crear o con el botón derecho del mouse, seleccionar el elemento que desea dibujar, a continuación veremos la barra de herramientas:

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ii.

Ingreso de información:

Una vez dibujado el modelo, el siguiente paso es alimentar los elementos del mismo con la información requerida para las simulaciones. Existen en general 3 formas diferentes de ingresar información al modelo, cada una con beneficios diferentes dependiendo de la forma como cada usuario prefiera trabajar.

Diálogos individuales:

Haciendo doble clic sobre cada elemento se obtiene acceso a una

ventana de diálogo detallada. Desde allí usted podrá editar y visualizar resultados de una forma amigable y organizada

QuickEdit:

Con esta herramienta podemos visualizar y editar campos de ingreso de

datos o resultados del modelo de una manera ágil y dinámica.

FlexTables.

Cree tablas personalizadas con la información específica que usted quiere

editar o visualizar, y aproveche la funcionalidad de edición global, organización ascendente o descendente, filtros, y otras herramientas que le facilitan la edición masiva de información.

Tipos de información de ingreso  Información Física: El usuario deberá suministrar elevaciones, rugosidades, diámetros, longitudes y materiales de tubería, coeficientes de pérdida menor, niveles de tanques y reservorios, coeficientes de emisor y curvas características de bomba  Consumo de agua: El usuario debe hacer estimaciones del consumo de agua y las pérdidas del sistema de distribución de agua. Para simulaciones en período extendido es necesario ingresar patrones que describen la variación de caudales en el tiempo.  Información Operacional: Esta información es especialmente importante en simulaciones en período extendido. El usuario debe expresar la forma como opera el

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sistema de distribución, mediante controles simples y lógicos para bombas, válvulas y tuberías.  Condiciones de frontera e iniciales: Las condiciones de frontera le permiten al modelo inicializar el cálculo hidráulico basándose en valores de gradiente hidráulico conocido, y las condiciones iniciales indican el estado de ciertos elementos en el momento de la simulación.

Además

del

análisis

netamente

hidráulico,

WaterCAD

ofrece

análisis

complementarios para los cuales el usuario deberá suministrar información específica.  Costos de Capital: Precios unitarios y cantidades de obra.  Costos de Energía: Costo unitario de energía y metodología de cobro.  Calidad de Agua: Concentraciones y coeficientes de reacción.  Flujo de Incendio: Restricciones de caudal y presión.

ii.

Creación de Escenarios y Alternativas.

Ante un reto de ingeniería deben considerarse múltiples posibilidades de solución. Los Escenarios y Alternativas le permiten al usuario modelar un número infinito de soluciones de una manera rápida y organizada dentro de un solo modelo.

Un modelo de WaterCAD puede asimilarse a un gran archivador con infinitos cajones que representan cada Escenario.

iii.

Ejecución de Simulaciones / Tipos de Análisis Una vez creados los escenarios el siguiente paso es ejecutar simulaciones para obtener resultados. Aquí el usuario deberá seleccionar que tipo de análisis ejecutar.

Estado estático: Provee resultados para un momento específico.

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Flujo de Incendio: Le permite evaluar la capacidad hidráulica de su sistema ante un evento de incendio.

Simulación de Período: Extendido Ofrece resultados para diferentes pasos de tiempo, durante una duración de análisis especificada.

Simulación de Edad Evaluación de la evolución de la edad del agua a través del sistema.

Análisis de Constituyente: Cálculo del decaimiento o crecimiento de la concentración de constituyentes.

Trazado: Rastreo de agua de diferentes fuentes de abastecimiento.

iv.

Interpretación de Resultados:

Al ejecutar el modelo se genera gran cantidad de resultados, entre los cuales podemos enumerar caudales, presiones, gradientes hidráulicos y niveles de tanques para cada escenario. Utilice las herramientas de interpretación de resultados de WaterCAD para facilitar y hacer más amigable la toma de decisiones.



ColorCoding:

Asigne colores a los elementos del modelo según cualquier

parámetro. Por ejemplo, coloree los nodos con un rango de presiones permisibles, y las tuberías de acuerdo a su diámetro. 

Annotations:

Agregue anotaciones de texto a la vista en plano del modelo con

cualquier parámetro. Por ejemplo, agregue una anotación de texto junto a las tuberías con los valores de sus caudales. 

GeoGrapher:

Cree gráficos en tercera dimensión y con animaciones a través del

tiempo. Por ejemplo, observe como varían los niveles de tanque con respecto a la variación del caudal de bombeo. 

Profiling:

Cree perfiles de su sistema para observar a lo largo de una serie de

tuberías valores de parámetros como gradiente hidráulico, elevaciones o concentración de cloro entre otros.

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

Contouring:

Con esta herramienta usted podrá crear mapas de contorno. Utilice

esta función para visualizar la distribución de presiones en la red u observar el movimiento de contaminantes en el sistema. 

FlexTables:

Las tablas flexibles no solo son útiles para el ingreso de información.

Por ejemplo busque valores extremos mínimos y máximos de presiones directamente desde la tabla.

1.4.

2.

USOS y APLICACIONES: 

Análisis hidráulico de redes de agua



Análisis y modelización de la calidad del agua.



Análisis de flujo de incendios.



Análisis de Segmentos Críticos o de Vulnerabilidad del Sistema ante cortes de servicio



Análisis y Proyección de Roturas de Tuberías



Análisis de Costos de Energía.



Análisis Hidráulico en Periodo Estático



Análisis Hidráulico en Periodo Extendido o Cuasi-Estático

FLOWMASTER:

2.1.

DESCRIPCIÓN: FlowMaster es un programa práctico, que ayuda a los ingenieros civiles nos ayuda con el diseño y el análisis de tuberías, zanjas, canales abiertos, vertederos, y más.

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Bentley FlowMaster calcula flujos, velocidades del agua, profundidades y presiones sobre la base de varias fórmulas bien conocidas: Darcy-Weisbach, Manning'S, Kutter de, y IAMS HazenWill.

2.2.

CARACTERÍSTICAS: 

Computa los flujos, las velocidades del agua, las profundidades y las presiones basadas en varias fórmulas bien conocidas: Darcy-Weisbach, Manning, Kutter y Hazen-Williams.



Siguiendo las expresiones y fundamentos teóricos reconocidos tales como Manning, Kutter, Darcy-Weisbach y Hazen-Williams, se calculan los regímenes permanentes y gradualmente variados de canales rectangulares, triangulares, trapeciales, parabólicos, de sección irregular y cunetas, así como la impresión de resultados en forma de tabla y gráfica y la comparativa entre diferentes elementos.



A partir las expresiones y fundamentos teóricos reconocidos tales como Manning, Kutter, Darcy-Weisbach y Hazen-Williams, se calculan tuberías a presión y los regímenes permanentes y gradualmente variados de tuberías circulares, rectangulares, elípticas y de sección irregular, así como la impresión de resultados en forma de tabla y gráfica y la comparativa entre diferentes elementos.



Flowmaster permite el estudio de vertederos de pared fina y sección rectangular de pared gruesa, pudiendo imprimir sus resultados en forma de tabla y gráfica y hacer comparaciones entre elementos.



Al igual que con los vertederos, Flowmaster permite el estudio de orificios rectangulares, circulares y genéricos con las mismas posibilidades de análisis que las citadas anteriormente.

2.3.

USOS Y APLICACIONES: 

En el análisis de varios diseños hidráulicos.



En la evaluación de diversas clases de elementos de flujo.



Permite el dimensionamiento y la comprobación de elementos de drenaje urbano tales como caces, cunetas, rejillas, sumideros, caces ranurados, combinación de rejilla y sumidero, tanto en horizontal como en pendiente

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3.

EPANET 2

3.1.

DESCRIPCIÓN: Es un programa de ordenador orientado al análisis del comportamiento de los sistemas de distribución de agua y el seguimiento de la calidad del agua en los mismos, que realiza simulaciones en periodos prolongados del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes de suministro a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses, su última versión EPANET versión 2.0 fue lanzada en 1997.

EPANET modeliza un sistema de distribución de agua como un conjunto de líneas conectadas a los nudos. Las líneas representan tuberías, bombas, o válvulas de control. Los nudos representan puntos de conexión entre tuberías o extremos de las mismas, con o sin demandas (en adelante los denominaremos en general Nudos de Caudal), y también depósitos o embalses. La figura siguiente muestra cómo se interconectan estos objetos entre sí para formar el modelo de una red:

3.2.

CARACTERÍSTICAS:

11



Efectúa un seguimiento de la evolución de los caudales en las tuberías, las presiones en los nudos, los niveles en los depósitos, y la concentración de las especies químicas presentes en el agua, a lo largo del periodo de simulación discretizado en múltiples intervalos de tiempo.



Facilita la realización de cálculos iterativos.



Simula el envejecimiento del agua en la red (o tiempo de permanencia) y su procedencia desde las diversas fuentes de suministro.



Haremos uso de las fórmulas de Hazen-Williams, la fórmula de Darcy-Weisbach, la fórmula de Chezy-Manning, entre otros.



Ofrece resultados que pueden ser utilizados para el dimensionado y selección de componentes como Estanques, Válvulas de Control o regulación y Equipos de Bombeo en los Sistemas de Distribución de Agua Potable.

3.3.

METODOLOGÍA:

Los pasos a seguir normalmente para modelizar un sistema de distribución de agua con EPANET son los siguientes: 1. Dibujar un esquema de la red de distribución o importar una descripción básica del mismo desde un fichero de texto 2. Editar las propiedades de los objetos que configuran el sistema 3. Describir el modo de operación del sistema 4. Seleccionar las opciones de cálculo 5. Realizar el análisis hidráulico o de calidad del agua 6. Ver los resultados del análisis

3.4.

USOS: 

Permite crear Modelos matemáticos de Sistemas de Distribución de Agua Potable de cierta complejidad.



Permite evaluar el comportamiento e influencia de los niveles de agua en los Estanques Compensadores de la red.



Evalúa el comportamiento y el consumo y costo de energía.

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3.5.

APLICACIONES:

Entre las diferentes aplicaciones orientadas al análisis de las redes de distribución, puede citarse: 

La calibración de un modelo hidráulico.



El análisis del cloro residual, o la evaluación de las dosis ingeridas por un abonado.



Evaluar diferentes estrategias de gestión dirigidas a mejorar la calidad del agua a lo largo del sistema.



Modificación de los volúmenes de agua tomados desde cada punto, en el caso de redes con varias fuentes de suministro.



Modificación del régimen de bombeo, o de llenado y vaciado de los depósitos.



Utilización de estaciones de tratamiento secundarias, tales como estaciones de recloración o depósitos intermedios.



4.

Establecimiento de planes de limpieza y reposición de tuberías.

STORMCAD:

4.1.

DESCRIPCIÓN: Es una poderosa aplicación para el diseño y análisis de redes de drenaje pluvial. Su interfaz de usuario intuitiva facilita el trabajo del ingeniero al diseñar complejos sistemas de drenaje desde las zonas de captación de agua lluvia hasta su descarga al final

4.2.

CARACTERÍSTICAS:

13



Permite el análisis y modelado de aguas pluviales.



Permite reducir al mínimo las inversiones de capital en infraestructuras mediante diseños de redes optimizadas

4.3.

4.4.

METODOLOGÍA: 

Métodos de análisis de flujo: Capacidad y contra flujo.



Métodos de pérdida en estructuras.



Métodos de pérdidas por fricción: Manning, Kutter, Darcy-Weisbach, y Hazen-Williams.

USOS y APLICACIONES: 

Funcionalidad para cálculo de escorrentía de cuencas, capacidad de estructuras de captación, cunetas viales, y para el flujo en redes de tuberías y canales abiertos.

 5.

CalcOv:

5.1. DESCRIPCION: Las secciones ovoides tienen una gran utilidad en colectores que van a llevar caudales muy variables, como ocurre en los colectores de las redes unitarias de saneamiento y en los colectores de pluviales de las redes separativas. La geometría de la sección hace que para caudales bajos la velocidad sea más alta que los colectores circulares con sección equivalente, reduciendo los problemas de sedimentaciones y olores. El programa CalcOv es una calculadora de tubos ovoides en lámina libre y ayuda en el tedioso cálculo hidráulico de secciones ovoides. CalcOv realiza el cálculo en régimen uniforme aplicando la fórmula de Manning y la ecuación de continuidad.

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Facilita el proceso de diseño y comprobación. También complementa los cálculos hidráulicos a partir de los datos introducidos con los resultados correspondientes a capacidad máxima de la sección, sección llena, energía mínima y conservación de la energía específica. 5.2. CARACTERÍSTICAS: El software dispone de las siguientes pantallas:  Pantalla principal  Pantalla Cambio de unidades  Pantalla Herramientas

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5.3. METODOLOGÍA: La siguiente figura muestra la geometría de una sección ovoide.

Fórmula de Manning Ecuación de Continuidad

WN

Ancho de la sección

HN

Altura de la sección

n

Nº Manning

Q

Caudal

Y

Calado

v

Velocidad

F

Nº Froude

A

Sección mojada

Pm

Perímetro mojado

Rh

Radio hidráulico

K

Transporte

T

Anchura lámina

L

Profundidad hidráulica

hv

Altura de velocidad

E

Energía específica

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Sección llena Qll

Capacidad a sección llena

y(Qll)

Calado

V(Qll)

Velocidad

Capacidad máxima Qmax

Capacidad a sección llena

y(Qmax)

Calado

V(Qmax) Velocidad

Energía mínima (Asociado a Q, n y sección) i crit

Pendiente crítica

y crit

Calado crítico

v crit

velocidad crítica

E

Energía específica

Conservación energía específica y' (m)

Calado conjugado

v (y')

Velocidad

Comprobación del cálculo

Manning:

Continuidad:

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5.4. USOS: Con el programa CalcOv se puede fijar el caudal, rugosidad, pendiente, geometría de la sección, o calado. CalcOv permite además, fijar la velocidad, el número de Froude y otras, muy útiles para el cálculo de canales.

5.5. APLICACIONES PRÁCTICAS EN INGENIERÍA :

Ejemplo (Unidades S.I) Dado: Un colector ovoide 1.000/1.500 Determinar el calado y velocidad con un caudal de 1,0 m3/s y una pendiente de 0,200 % n=0.013 Encontrar: Calado y velocidad v

Para la resolución de este ejemplo se utilizaría el método de cálculo 1

CÁLCULO

Metodo 1 Datos de entrada: WN, n, i, Q Ancho WN (mm) = 1000 Altura HN (mm) = 1500 Pendiente i (%) = 0.2 Coeficiente de rugosidad n = 0.013 Caudal Q (m³/s) = 1.0000000000085 Calado y (m) = 0.895228402195127 Velocidad v (m/s) = 1.53534924299381 Número de Froude F = 0.605172756114452 Tipo de flujo Subcrítico Área mojada A (m²) = 0.651317610355923 Área máxima Amax (m²) = 1.14853252760871 Perímetro mojado Pm (mm) = 2184.43698135665 Radio hidráulico Rh (mm) = 298.162691766654 Ancho de la lámina T (m) = 0.992672994026186

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Porcentaje de llenado y/HN (%) = 59.6818934796752 Porcentaje de llenado A/Amax (%) = 56.7086777866004 Profundidad hidráulica L (m) = 0.656125042461608 Transporte K (m³/s) = 22.360679775188 Energía específica E (m) = 1.01537607283537 Altura de velocidad hv (m) = 0.120147670640247 Capacidad máxima ****************************** Capacidad máxima Qmax (m³/s) = 1.83909192268926 Velocidad V(Qmax) (m/s) = 1.63610445966621 Calado y(Qmax) (m) = 1.42942 Sección llena ****************************** Capacidad a sección llena Qll (m³/s) = 1.7297587658271 Calado y(QLL) (m) = 1.5 Velocidad V(Qll) (m/s) = 1.5060598844584 Energía mínima ****************************** Pendiente crítica i crit (%) = 0.495240844865732 Calado crítico y crit (m) = 0.694986476039048 Velocidad crítica v crit (m/s) = 2.18739171179177 Energía mínima Emin (m) = 0.938854085662663 Conservación de la energía específica ****************************** Calado conjugado y' (m) = 0.559077737104918 Velocidad v(y') (m/s) = 2.99208511694293 Comprobación del cálculo ****************************** Manning (n².v²)/(Rh)^(4/3) - i (%) = 0 Continuidad v.A - Q (m³/s) = 0 ****************************** Cálculo realizado 18/01/2010

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6.

AMP:

6.1. DESCRIPCION:

Se trata de una aplicación destinada al diseño de redes de saneamiento que están sujetas a varios criterios de diseño hidráulico. A partir de cálculos en régimen uniforme aplicando la fórmula de Manning y la ecuación de continuidad, la aplicación realiza un análisis multicriterio de pendientes de colectores en lámina libre. Los criterios que se pueden aplicar en el análisis son: capacidad a sección llena, velocidades máxima y mínima, resguardo, autolimpieza fórmula Shields, Froude máximo y mínimo, pendientes constructivas máxima y mínima, condición autolimpieza. Se pueden escoger todos los criterios o sólo los que interesen analizar. A partir de los datos de caudales de diseño de la red (Caudales de aguas pluviales para distintos periodos de retorno, caudales medios, punta y mínimos de aguas residuales, caudales industriales etc.), y para un colector determinado dado (diámetro, rugosidad) la aplicación determina las pendientes máxima y mínima que cumplen simultáneamente con todos los criterios de diseño escogidos.

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6.2. CARACTERÍSTICAS:

. 6.3. METODOLOGÍA: El funcionamiento se realiza mediante la ejecución del archivo ”HyJ_AMPX.exe”

Los criterios con los que funciona el programa son: (1). Capacidad a sección llena El programa calcula la pendiente mínima necesaria para el funcionamiento a sección llena con un caudal determinado. (2). Velocidad máxima El programa calcula la pendiente máxima necesaria para que no se supere cierta velocidad con un caudal determinado (Normalmente se aplica al caudal máximo de diseño). (3). Velocidad mínima El programa calcula la pendiente mínima necesaria para que se supere cierta velocidad con un caudal determinado (Normalmente se aplica al caudal mínimo de diseño). (4). Resguardo/Aireación o porcentaje de llenado máximo El programa calcula la pendiente mínima necesaria para que se supere cierta porcentaje de llenado con un caudal determinado (Normalmente se aplica al caudal máximo de diseño). (5). Condición autolimpieza. (Fórmula de Shields)

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El programa calcula la pendiente mínima necesaria para movilizar una partícula de un tamaño determinado, mediante la aplicación de la fórmula de Shields con un caudal determinado (Normalmente se aplica al caudal mínimo de diseño). La fórmula aplicada es:

(6). Froude mínimo El programa calcula la pendiente mínima necesaria para que se supere cierto valor del número de Froude. (7). Froude máximo El programa calcula la pendiente máxima necesaria para que no se supere cierto valor del número de Froude. (8). Pendiente constructiva mínima Condición independiente del caudal. (9). Pendiente constructiva máxima Condición independiente del caudal. (10). Condición de autolimpieza Condición de autolimpieza contemplada en algunas normas que es independiente del caudal. Calcula la pendiente mínima necesaria para que con un porcentaje de llenado determinado la una velocidad determinada sea superada. Nota La condición (1) sólo es necesario aplicarla cuando queremos que nuestro colector además de las restricciones habituales tenga capacidad para un periodo de retorno superior, pues las demás condiciones sólo calcularán la pendiente si el colector tiene capacidad para el caudal de cálculo 6.4. USOS  Destinada al diseño de redes de saneamiento que están sujetas a varios criterios de diseño hidráulico.

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7.

PipeChk:

7.1. DESCRIPCION:

Esta es la aplicación contraria a la AMP, con lo que se aplica más para la comprobación de redes de saneamiento sujetas a varios criterios de diseño hidráulico. Los criterios que se pueden aplicar en el análisis son los mismos: capacidad a sección llena, velocidades máxima y mínima, resguardo, autolimpieza fórmula Shields, Froude máximo y mínimo, pendientes constructivas máxima y mínima, condición autolimpieza. Se pueden escoger todos los criterios o sólo los que interesen analizar. Al igual que con la aplicación AMP, a partir de los distintos caudales de diseño de la red (Caudales de aguas pluviales para distintos periodos de retorno, caudales medios, punta y mínimos de aguas residuales, caudales industriales etc.) el programa PipeChk realiza la comprobación para un colector determinado, con la diferencia que en este caso además de diámetro y rugosidad también se determina su pendiente. Como resultado, se comprueba el cumplimiento simultáneo de todos los criterios de diseño escogidos.

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7.2. CARACTERISTICAS:

7.3. METODOLOGIA: El funcionamiento se realiza mediante la ejecución del archivo ”HyJ_PipeChkX.exe”

Los criterios con los que funciona el programa son:

(1). Capacidad a sección llena El programa calcula la capacidad a sección llena con un caudal determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido.

(2). Velocidad máxima

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El programa calcula la velocidad con un caudal determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido. (Normalmente se aplica al caudal máximo de diseño).

(3). Velocidad mínima El programa calcula la velocidad con un caudal determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido. (Normalmente se aplica al caudal mínimo de diseño).

(4). Resguardo/Aireación o porcentaje de llenado máximo El programa calcula el porcentaje de llenado con un caudal determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido. (Normalmente se aplica al caudal máximo de diseño).

(5). Condición autolimpieza. (Fórmula de Shields) El programa calcula el tamaño mínimo de partícula movilizado por un caudal determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido (Normalmente se aplica al caudal mínimo de diseño).

La fórmula aplicada es:

(6). Froude mínimo El programa calcula el número de Froude para un caudal determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido

(7). Froude máximo El programa calcula el número de Froude para un caudal determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido

(8). Pendiente constructiva mínima Condición independiente del caudal.

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(9). Pendiente constructiva máxima Condición independiente del caudal.

(10). Condición de autolimpieza Condición de autolimpieza contemplada en algunas normas que es independiente del caudal. Calcula la velocidad alcanzada para un porcentaje de llenado determinado, con este cálculo se realizará la comprobación del criterio de diseño establecido.

Nota La condición (1) sólo es necesario aplicarla cuando queremos que nuestro colector además de las restricciones habituales tenga capacidad para un periodo de retorno superior, pues las demás condiciones, sólo serán calculadas si el colector tiene capacidad para el caudal.

8.

Pipe Flow Expert:

8.1. DESCRIPCION: Es una aplicación de software que se ejecuta en el sistema operativo Microsoft Windows. Es utilizado por los ingenieros en más de 75 países en todo el mundo, para modelar sistemas de tuberías, donde los caudales, las pérdidas de presión, y los requisitos de bombeo del sistema necesitan ser calculada. El software PIPEFLOW tiene una interfaz intuitiva que hace que sea fácil para los usuarios a empezar a trabajar en sus diseños de tuberías, que pueden extraerse en una cuadrícula isométrica 2D o 3D. El software está respaldado por un servicio de soporte técnico inigualable que proporciona ayuda a los usuarios cuando lo necesitan. 8.2. CARACTERISTICAS: Software para el diseño y el análisis de complejas redes de tuberías, donde los flujos y las presiones deben ser equilibrados para resolver el sistema. Sus características incluyen:

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Una interfaz de usuario intuitiva que es el mejor en su clase y fácil de usar Ahora con capacidad de dibujo isométrica 3D. Un robusto motor de cálculo que va a resolver complejas redes de tuberías; Pérdida de presión, calculada utilizando el método de Darcy-Weisbach; Factores de fricción, calculada mediante la ecuación de Colebrook-White, Modelización de tuberías hasta 1000 en la versión completa. Base de datos con un fluido líquido y gas común de datos. Una base de datos de la tubería con tubo común materiales y tamaños. Una base de datos con los accesorios y el equipamiento común la válvula de datos. El software le permitirá llevar a cabo el análisis de los sistemas alternativos en diversas condiciones de funcionamiento. Los resultados reportados incluyen:  velocidades de flujo para cada conducto  velocidades de fluido para cada tubo  números de Reynolds  factores de fricción  las pérdidas de presión de fricción  pérdidas presiones de ajuste  pérdidas de presión componente  presiones en cada nodo  valores HGL (línea hidráulica grado)  bombear puntos de operación  La NPSHa en entrada de la bomba La entrada y la visualización de la información del sistema en el dibujo de tuberías de Expertos de flujo y en las tablas de resultados pueden mostrarse en unidades métricas o imperiales para adaptarse a su preferencia y unidades específicas para cada elemento (por ejemplo, velocidad de flujo) también puede ser configurado e instalado en una de manera individual según sea necesario.

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El software ha sido diseñado para el ingeniero profesional que necesita una potente herramienta que tiene un líder en su clase, fácil de usar y la interfaz robusta que hace que sea sencillo para diseñar y analizar las redes de tuberías. Requisitos mínimos del sistema operativo Pipe Flow Expert ha sido diseñado para funcionar en los siguientes sistemas operativos: Microsoft® Windows 10 (todas las versiones) Microsoft ® Windows 8 (todas las versiones excepto RT [utilizarse en tabletas basadas en ARM]) Microsoft ® Windows 7 (todas las versiones) Recomendamos el uso de uno de los sistemas operativos anteriores, sin embargo, el software también se ejecutará en: Microsoft ® Windows Vista (todas las versiones) Microsoft ® Windows XP (todas las versiones) Se recomienda que su sistema informático tiene, al menos, las siguientes especificaciones mínimas: •

Procesador:

•

Memoria (RAM):

1.00 GHz o más rápido CPU 2 GB o superior

Visualización de la pantalla: 1024 x 768 píxeles (resolución mínima) 1920 x 1080 píxeles (o superior) •

Gráficos (RAM):

•

Disco duro:

128 MB o más

60 Mb instalar (250 Mb de espacio libre recomendado)

Microsoft ® Excel es necesario si el usuario desea exportar las tablas de resultados en un formato de hoja de cálculo. Adobe® Acrobat Reader es necesario si el usuario desea generar y ver informes en formato PDF personalizada basándose en los datos de los resultados calculados. Nota: 28

Si el equipo funcionará en Windows 7 (o posterior) a continuación de tuberías de flujo de expertos debería funcionar sin problemas.

8.3. METODOLOGIA: El sistema de tuberías se modela mediante dibujo los puntos de unión y los tubos de conexión en un panel de dibujo. Las líneas horizontales, verticales o inclinadas se pueden utilizar para conectar un nodo a otro nodo. Los datos físicos que describen el sistema son introducidos por el usuario y por lo general incluye:  El tamaño interno, rugosidad interna y la longitud de cada tubo de conexión.  La elevación de cada punto a unirse (nodo).  El In-flujo y el flujo de salida en cada punto que unen (si procede).  Los datos de elevación, de nivel de líquido y presión superficial para cada tanque.  Los datos de rendimiento de cada bomba.

29

Cuadros de entrada de datos se encuentran en el lado izquierdo del panel de dibujo. Estas cajas de entrada mostrarán los datos para el nodo o tubo seleccionado actualmente y se pueden usar para modificar los datos actuales. Los datos para un nodo, tubo, bomba, etc., pueden ser modificados en cualquier momento durante el proceso de diseño.

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Una vez que el diseño ha sido completado, el sistema puede ser analizado y los resultados de flujo y presión se puede calcular. Para sistemas líquidos, las pérdidas de presión dentro del sistema se calculan utilizando factores de fricción obtenidos a partir de la ecuación de Colebrook-White, y la pérdida de presión debido a la fricción en cada tubo se obtiene de la ecuación de Darcy-Weisbach. Para sistemas de gas, las pérdidas de presión se calculan utilizando unas compresibles ecuaciones de flujo isotérmicas tales como el flujo de la Ecuación General.

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Una solución aproximada inicial se obtiene utilizando métodos de teoría lineal y un enfoque iterativo que ajusta las velocidades de flujo hasta que se alcanza un equilibrio de presión aproximada. La solución es entonces convergió a una solución precisa utilizando técnicas de matriz sofisticados y otros algoritmos iterativos.

Pipe Flow Expert define los elementos del sistema de tubería en una serie de ecuaciones matemáticas. Sistemas de tubería puede producir un conjunto altamente no lineal de ecuaciones que son difíciles de resolver. El software Pipe Flow Expert utiliza el método de Newton y otros algoritmos propietarios para resolver las ecuaciones, para determinar la velocidad de flujo y la pérdida de presión en cada tubo que proporciona una solución equilibrada. Los resultados de las tasas de flujo para cada tubo, las velocidades de fluido para cada tubo, números de Reynolds, factores de fricción, las pérdidas de presión de fricción para cada tubo, las pérdidas de accesorios de presión, la presión en unirse a puntos 32

(nodos), HGLs (línea hidráulica grado), la bomba de puntos de operación y más se pueden ver en el dibujo y los resultados en la cuadrícula de resultados.

8.4. USOS Y APLICACIONES:  Diseñar y analizar las redes de tuberías.  Modelar sistemas de tuberías, donde los caudales, las pérdidas de presión, y los requisitos de bombeo del sistema necesitan ser calculada.

9.

WATERGEMS

9.1. DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS: WaterGEMS ofrece una herramienta de soporte a la decisión completa y fácil de usar para redes de distribución de agua. El software ayuda a mejorar su conocimiento de cómo se comporta la infraestructura como un sistema, cómo reacciona a las estrategias operacionales y cómo debe crecer a medida que aumenta la población y las demandas.

Desde simulaciones de flujo de agua y calidad de agua, hasta análisis de costes críticos y energéticos, WaterGEMS tiene todo lo que necesita en un entorno flexible multiplataforma.

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WaterGEMS proporciona numerosas herramientas de software para: Planificación inteligente de la fiabilidad del sistema: La capacidad de la red de agua para atender adecuadamente a sus clientes debe evaluarse siempre que se prevea el crecimiento del sistema. Con WaterGEMS, identifique eficazmente áreas problemáticas potenciales, adapte el crecimiento del área de servicio y planifique mejoras de capital. Operaciones optimizadas para la eficiencia del sistema: El modelado realista del funcionamiento de sistemas complejos de agua puede ser difícil. Con WaterGEMS, el modelo de bomba con precisión, optimizar las estrategias de bombeo, y el plan de paradas y operaciones de rutina para minimizar la interrupción. Soporte

confiable

de

decisiones de renovación de activos para la sostenibilidad del sistema: Cuando llegue el momento

de

renovar

o

reemplazar su infraestructura de

agua,

la

cantidad

de

información relacionada con los activos que debe considerar puede ser abrumadora. Las herramientas de WaterGEMS, como Pipe Renewal Planner, hacen que la tarea sea mucho más fácil analizando y comparando una amplia gama de variables para priorizar las decisiones de renovación. WaterGEMS es un superconjunto de WaterCAD.

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9.2. USOS Y APLICACIONES:  Uso en la Ingeniería Hidráulica en el diseño y modelado de tuberías de agua.  Distribución de redes de agua.

APARED

Descripción APARED es un software desarrolla para el diseño y simulación de redes de distribución de agua y sistemas de presión en general, que surge a partir de las experiencias en el desarrollo y explotación de este tipo de sistemas y de las necesidades tecnológicas de nuestra Empresa. Se exponen las necesidades que lo motivaron, sus antecedentes, alcance y ventajas, por último se muestran algunas experiencias en su utilización y se trazan las expectativas de desarrollo.

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Características Es un programa híbrido, que combina las potencialidades y la experiencia adquirida en la programación de DISCAD y RED por una parte, y por otro lado, de EPANET que es un programa de código abierto, o sea que proporciona las herramientas (toolkit) que permiten identificar las DLL (bibliotecas de vínculos dinámicos o Dinamic Link Library) que vienen a ser los motores de cálculo del sistema. Entre las principales ventajas logradas con el EpaRed podemos señalar: Intercambio de ficheros entre RED y EPANET, esto permite que análisis realizados anteriormente con RED puedan ser leídos por el EpaRed y posteriormente generar un fichero de entrada para EPANET. De igual forma un fichero de EPANET puede ser leído por EpaRed, aunque no es posible su conversión a RED ya que todas las funciones de RED son asumidas por el mismo. En el ámbito de la simulación EpaRed le suma a RED las potencialidades de EPANET lo cual le permite simular diferentes elementos como: embalses, tanques, estaciones de bombeo, válvulas, curvas de modelación, controles, etc. CALCOL

Descripción El programa CalCol es una calculadora de colectores en lámina libre. Con el programa CalCol se puede fijar el caudal, rugosidad, pendiente, diámetro, o calado. CalCol permite además, fijar la velocidad, el número de Froude o el porcentaje de llenado, muy útiles en el cálculo de colectores de saneamiento. Capacidades, El programa CalCol es una calculadora de tubos sanitarios en lámina libre. Los datos de entrada del programa son el caudal de ingreso, altura de agua, Diámetro y rugosidad de la tubería. Resultados que entrega; Datos característicos del conducto, tales como área mojada o perímetro mojado, realiza un muestreo de la capacidad máxima del conducto a sección 36

llena, y las condiciones

críticas para este colector, para finalmente hacer una

comprobación por medio de Manning y de la ecuación de continuidad. En la actualidad es un software de libre disposición, que se puede descargar desde su página oficial de Hidra Job. Características CalCol es una calculadora de colectores de lamina libre. Diferenciándose de las demás por la implementación y tener la capacidad de poder añadir otras variables además de las habituales. Con el programa CalCol se puede fijar el caudal, rugosidad, pendiente, diámetro, o calado. CalCol permite además, fijar la velocidad, el número de Froude o el porcentaje de llenado, muy útiles en el cálculo de colectores de saneamiento. CalCol realiza el cálculo en régimen uniforme aplicando la fórmula de Manning y la ecuación de continuidad.

Metodología Para el uso del software CalCol se inicia mediante la ejecución del archivo “HyJ_CalCol5.exe”

La siguiente figura muestra el funcionamiento del programa

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38

Uso y Aplicaciones prácticas

Ejemplo de CalCol Versión 5 Metodo : Datos de entrada: Q, D, n, y

Caudal

Q (m³/s) = 0.229999999779168

Velocidad v (m/s) = 2.27135687440566 Diámetro D (mm) = 750 Nº Manning n = 0.012 Calado

y (m) = 0.21

Pendiente i (%) = 1.24039720045779 Porcentaje de llenado y/D (%) = 28 Porcentaje de llenado A/Amax (%) = 22.9208147826846 Nº Froude F = 1.87024242125144 Tipo de régimen Supercrítico

Seccion mojada A (m²) = 0.101261057815651 Area máxima Amax (m²) = 0.441786466911064 Angulo

(º ) = 127.79223772532

Perímetro mojado Pm (m) = 0.836398240049303 Radio hidráulico Rh (m) = 0.12106799484619 Transporte K (m³/s) = 2.0651302435019 Anchura lámina T (m) = 0.67349832961931 Profundidad hidráulica L (m) = 0.150350867050982

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Altura de velocidad hv (m) = 0.262949136131999 Energía específica E (m) = 0.472949136131999

Capacidad máxima (Para D, n, i)

Caudal máximo Qmax (m³/s) = 1.4449049189198 Velocidad V(Qmax) (m/s) = 3.35691937983808 Calado

y(Qmax) (m) = 0.7035

Sección llena (Para D, n, i)

Caudal lleno Qll (m³/s) = 1.34321561591131 Velocidad V(Qll) (m/s) = 3.04041820317169 Calado

y(QLL) (m) = 0.75

Asociado a Q, D, n

Pendiente crítica i crit (%) = 0.361170143741588 Calado crítico y crit (m) = 0.290339516010134 Velocidad crítica v crit (m/s) = 1.45623588663401

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FLUIDFLOW

Descripción FLUIDFLOW es un software de cálculo de pérdidas de carga. En comparación con las hojas de cálculo, que son propensas a errores, FLUIDFLOW le asegurará ahorro de tiempo y aumento de la precisión y la eficiencia en sus proyectos de ingeniería. FLUIDFLOW está certificado ISO 9001:2008. FLUIDFLOW ® es el software líder para el cálculo de pérdidas de carga en redes unidimensionales (tuberías). A través de su interfaz gráfico de usuario GUI, el usuario puede construir de forma muy rápida la red indicando de forma interactiva las características de los diferentes elementos que la componen: tuberías, válvulas, condiciones de contorno, filtros, etc. Dispone de una extensa base de datos tanto de fluidos, materiales, equipos, etc. El usuario puede customizar a su interés dicha base de datos.

Características 

Cálculo de la pérdida de presión en cualquier red de flujo de fluido



Dimensionamiento automático de tuberías, válvulas y bombas Incluye base de datos de fluidos y equipos



Exportaciones a Excel, Word, PDF



Cálculo de la transferencia de calor incluido en versión estándar

5 módulos: • Líquidos • Gas 41

• Flujos bifásicos • Fluidos no newtonianos • Análisis dinámico FLUIDFLOW está certificado ISO 9001:2008. Uso y Aplicaciones Procesamiento de minerales, Petróleo y gas, construcción, industria química, industria de alimentos, industria cosmética, tratamiento de aguas residuales, redes de ventilación, protección contra incendios, sistemas de climatización

KYPIPE – PIPE 2000

Descripción El programa PIPE 2000 está diseñado para hace: tanto cálculos estáticos, en los que se supone que las condiciones de consumo de caudal y niveles en los tanques permanecen constantes en el tiempo. Como para periodos de tiempo extendidos (EPS, Extended Period Simulation) de sistemas de redes hidráulicas. Se puede utilizar para resolver problemas de calibración, diseño y operación. También puede determinar las presiones y los caudales en puntos determinados de la red para diferentes configuraciones del sistema o diferentes condiciones de operación. La siguiente figura muestra una de la ventana de presentación de datos típicos de este programa

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Esta es una venta de KYPIPE 2012, una versión más avanzada, pero de iguales pantalla,

El análisis de la red se hace mediante el método de la teoría lineal; los resultados obtenidos son bastante confiables y requieren tiempos de cómputo relativamente cortos. En general, KYPIPE realiza cálculos hidráulicos utilizando las ecuaciones de Hazen-Willialm para el cálculo de las pérdidas de altura piezométrica por fricción, aunque es posible incorporar la metodología de Damy-Weisbach junto con las ecuaciones de Colebrook-Whioe. La entrada de datos es sencilla se puede hacer de tres maneras .Por un lado se ,puede elegir un archivo ya existente , o si este no existe. Simplemente se crea uno nuevo sin importar la opción elegida. la información puede ser editada fácilmente. en caso de errores o cambios en el diseño. la entrada de damos también puede hacerse de manera gráfica en el módulo PIPE2000 map, o en sencillas tablas de tipo de hoja de cálculo. La visualización de estos resultados puede hacerse en estos mismos fromatos, siendo posible exportarlos a otras aplicaciones a otras aplicaciones, como las utilizadas para el dibujo de planos. En la siguiente tabla se muestra una forma tabulada del despliegue de resultados del programa.

La versión más actualizada de KYPIFE (kypipe2012) Los algoritmos de análisis sofisticados utilizados para analizar Estado Estacionario, sistemas Surge, de gas y de vapor se han perfeccionado por nuestros expertos líderes en este campo. Una interfaz de usuario común (Pipe2006 / Pipe2008 / Pipe2010 / Pipe2012) une todos estos modelos de cálculo. Nuestra suite Pipe2000 de software de análisis hidráulico, martillo de agua o el software de análisis de transitorios, y software de análisis de gas compresible es un estándar de la industria internacional. Pipe2000 también incluye capacidades únicas a los 43

sistemas de tuberías de la instalación modelo. Ingeniería Civil profesores Dr. Don J. Wood y el Dr. Srini Lingireddy desarrollaron la generación Pipe2012 utilizando información de los usuarios. Se incorpora cualquier sugerencia o solicitud hecha por usuarios siendo esta una herramienta de alta eficiencia. Características KYPIPE 200 Permite

Análisis hidráulico Calidad de agua Simulación extendida

Ecuaciones de análisis

Hacen- Williams Darcc – weisbach

Metodología de solución

Método de la teoría lineal

entorno

windows

Presentación de resultados

Por pantalla En tablas En gráficos En archivos de texto

Ventajas frente a otros programas

Confiabilidad de resultados Capacidad de modelación análisis

Desventajas frente a otros programas

No diseña Entra de datos complicada

Home page en internet

www.kypipe.com

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CONCLUSIONES  Apreciamos los tipos de dispositivos virtuales y nos proporcionó información impensable de los programas en hidráulica.  Si bien en cierto no profundizamos en todos los programas es por los nuevos softwares presentamos y poco conocidos, que tuvimos que recurrir a medios y manuales en formato inglés.  Logramos adquirir conocimiento y aplicaciones de los diferentes programas, las cuales facilitan bastante el cálculo de caudales, simular un sistema de tuberías, hallar el factor de fricción usado en tuberías, etc.  El uso de estos programas reduce el tedioso cálculo numérico para encontrar la información necesaria para el diseño y modelamiento hidráulico de tuberías.  Por último concluimos en lo valioso que fue tocar esta investigación, ya que nos servirá en adelante para reducir tiempo en el cálculo de diseño de estos sistemas hidráulicos.

REFERENCIAS

. Awbi, H. B. (2003). Ventilation of Buildings, 2nd edn. E & F Spon, London. . CIBSE (1999). Guide to Current Practice. Volume A. Chartered Institution of Building Services Engineers, London. Croome, D. J. and Roberts, B. M. (1981). Air Conditioning and Ventilation of Buildings, 2nd edition, Volume 1. Pergamon, Oxford. http://www.hidrojing.com/software-de-hidraulica/ http://www.hydrajob.es/resources/HYJ_PipeChk_2.zip https://es.scribd.com/doc/54817147/Pipeline-Studio https://www.bentley.com/en/products/product-line/hydraulics-and-hydrologysoftware/watergems

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