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Diseño y Modelación de Sistemas de Alcantarillado Sanitario

Taller 2

Análisis de Carga para flujos sanitarios y pluviales Taller 2 El propósito de este taller es familiarizar al usuario con los escenarios de carga sanitaria y pluvial, y repasar los conceptos básicos para dibujar un sistema e ingresar los datos requeridos. Comience el taller seleccionando New desde el menú File y nombre el archivo Taller2.

El nombre del proyecto e “Subdivisión del Lago Junín”. Ingrese su nombre en el campo de Project Engineer y seleccione Next.

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Taller 2

Seleccione Next hasta llegar a la ventana que aparece en la siguiente figura. En la sección Annotation Multipliers configure los multiplicadores para el tamaño del símbolo Symbol Size, altura de texto Text Height y altura de anotación Annotation Height a 20. Vamos a utilizar un archivo de fondo DXF para guiarnos en el desarrollo de la red. Utilizando el botón de navegación Browse seleccione el archivo nombrado “DXF_Taller2.dxf” y haga click en Open. Su pantalla debe lucir como la de la derecha cuando usted asocie el archivo .dxf con el taller. Seleccione Next hacia los prototipos (Prototypes). Utilice el prototipo de la Tubería por Gravedad para asignarle a todas las tuberías concreto (Concrete) como el material, y un diámetro Section Size de 200 mm. También queremos que la elevación de la batea de la tubería (Invert Elevation) sea igual a la elevación de las estructuras aguas arriba y aguas abajo. Para ello tilde las opciones tal como se muestra en la figura. Seleccione OK para salir.

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Taller 2

Manténgase dentro de los Prototipos y seleccione el prototipo de pozo de inspección Manhole. Luego seleccione la pestaña de Perdidas Headlosses y utilizando el menú desplegable configure el método de perdida a AASHTO y el método de forma a lleno Full. Seleccione OK para salir del prototipo de pozo de inspección y Finished para salir del administrador de proyecto Project Set-up Wizard.

Para este taller vamos a dibujar el sistema de alcantarillado sanitario que se encuentra en la siguiente página.

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Taller 2

Dibujo del modelo

Para empezar a dibujar el sistema, seleccione la herramienta de tubería

a la

derecha de la ventana principal. CLAVES PARA EL DIBUJO 1. Comience en MH-1 2. Dibuje las tuberías P-1 a P-7 tal como lo indica el dibujo, y al final de esta ultima cambie de elemento haciendo click derecho con el mouse para dibujar la descarga Outlet O-1. 3. Luego, dibuje las tuberías P-8 y P-9 empezando desde MH-8 y conectando finalmente con MH-6. 4. Dibuje P-10 desde MH-4 hasta MH-10 5. Finalmente, iniciando desde MH-11 dibuje P-11, P-12 y P-13 hasta conectar con MH-5. Asegúrese que los números y el orden de tuberías y pozos de inspección sean iguales a los del dibujo.

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Edición del modelo La entrada de datos en este ejercicio se realizara de forma manual. Los sistemas de información geográfica existentes en la actualidad permiten que la mayoría de los datos se encuentren en formato electrónico. SewerCAD le ofrece forma prácticas de ingresar datos como Conexión con Base de Datos y Conexión con archivos Shapefiles. Inclusive el desarrollo geométrico de la red puede realizarse en forma automática importando un dibujo desde AutoCAD o ArcGIS. Estas características se verán mas adelante. Una vez que el sistema este dibujado, ingrese los datos físicos para los pozos de inspección Manholes incluyendo las elevaciones de terreno Ground Elevation y fondo Sump Elevation que se encuentran en las tablas de abajo. Esto se puede hacer fácilmente usando los reportes tabulares Manhole Report.

de los pozos e inspección

CLAVE: Asegúrese que los pozos de inspección Manholes estén listados en el mismo orden que se indica abajo cuando se encuentre ingresando los datos. Si se encuentra en un orden diferente, haga click derecho en el encabezado de la columna Label y haga click en Sort y Ascending para ordenar la tabla en orden ascendente con respecto al nombre de la estructura. Datos Físicos de los Pozos de Inspección “Manhole”

MH-1

Elevación de Terreno Ground elevation 156.97

Elevación de fondo Sump elevation 155.36

MH-2

156.36

154.87

MH-3

156.06

154.32

MH-4

155.75

153.86

MH-5

155.14

153.13

MH-6

154.84

152.25

MH-7

154.53

152.16

MH-8

155.75

153.98

MH-9

155.45

153.25

MH-10

155.75

154.22

MH-11

156.06

154.53

MH-12

155.75

154.05

MH-13

155.75

153.62

Nodo

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Cuando usted termine de entrar estos valores, su tabla debe lucir como la de la derecha. Es posible que sus columnas estén en un orden diferente, e incluso puede tener columnas adicionales. Haga click en Close para salir de los reportes tabulares.

Ahora debemos ingresar los datos físicos para la salida O-1. Haga doble click en la estructura de descarga Outlet O-1 para acceder al dialogo del elemento. Configure la elevación del terreno Ground elevation a 153.92 m y la elevación del fondo Sump elevation a 151.79 m. (No se preocupe si las coordenadas X e Y son diferentes a las del dibujo) Asegúrese que la condición de control aguas abajo Tailwater Condition este configurada a salida libre Free Outfall y seleccione OK para salir.

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Ingresando las cargas sanitarias La siguiente tabla muestra las cargas sanitarias con las que cuenta cada pozo de inspección. Cada una de las estructuras cuenta con descargas de diferentes fuentes. Para ingresar estas cargas al modelo, debe editarse individualmente cada pozo tal como se explica a continuación. Todas las cargas indicadas en la tabla de abajo son cargas unitarias (Unit Load – Type and Count) y son cargas Sanitarias Secas (Sanitary Dry Weather Flow).

Datos de Carga Nodo

Carga Unitaria Sanitaria

Unidad

Cantidad

MH-1

Home (Luxury)

Resident

50

MH-2

Home (Luxury)

Resident

20

Home (Luxury)

Resident

20

Guest

30

Home (Luxury)

Resident

14

Home (Luxury)

Resident

16

Apartment

Resident

200

Home (Luxury)

Resident

14

Country Club per Employee

Employee

20

Guest

150

Home (Luxury)

Resident

20

School (Médium)

Student

800

Apartment

Resident

100

Home (Luxury)

Resident

20

Home (Luxury)

Resident

16

Meal

30

MH-3 MH-4 MH-5

MH-6

Day Camp

Country Club per Member Present

MH-7

MH-8 MH-9

Restautant

MH-10

Home (Luxury)

Resident

12

MH-11

Home (Luxury)

Resident

16

MH-12

Home (Luxury)

Resident

30

MH-13

Home (Luxury)

Resident

20

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Haga un doble click en MH-1 para acceder al dialogo del elemento y seleccionar la pestaña de carga Loading. Seleccione el botón de añadir Add en el área de carga sanitaria seca Sanitary (Dry Weather)

Después seleccione Carga Unitaria Unit Load – Unit Type & Count desde el menú desplegable mostrado.

Seleccione Home (Luxury) en el menú de Carga Unitaria Sanitaria Unit Sanitary (Dry Weather) Load. Ingrese 50 residentes como la cantidad. Observe como la carga base Base Load es calculada automáticamente teniendo en cuenta el consumo unitario de 380 l/d por residente. Seleccione OK para salir del dialogo.

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Continué ingresando los flujos sanitarios Sanitary (Dry Weather) Flow para cada pozo de inspección haciendo doble click en cada dialogo de elemento. Note que varios pozos de inspección tienen más de un tipo de carga. Para estos pozos usted va a tener líneas múltiples de datos en la lista de flujo sanitario. Por ejemplo, MH-7 debe de lucir como se muestra en la figura de la derecha.

Note que hay una opción para visualizar un grafico tipo pastel. Seleccione el botón de Pie Chart para abrir el grafico y después Close para salir.

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Estructuras con flujos conocidos Existen tuberías que descargan aguas negras en los pozos MH-1 y MH-12. Las mismas serán consideradas en el modelo solamente como una carga fija en esos pozos.

Nodo

Flujo conocido (l/d)

MH-1

75.708

MH-12

18.927

Para considerar estas cargas vamos a ingresar flujos conocidos (Known Flows) en dichas estructuras tal como lo indica la tabla de la derecha. Ingrese los flujos conocidos para MH-1 y MH-12 en el campo flujo conocido Known Flow. Su pantalla debe lucir como la de abajo cuando usted ingrese todos los datos para MH-1. No olvide hacerlo también para MH-12

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Flujos extremos Antes de ejecutar el modelo, diríjase al menú de Analysis y seleccione flujos extremos Extreme Flows. Seleccione Edit para modificar la configuración base de flujo Base Extreme Flow Setup. Con el mouse sobre la columna Extreme Flow Method, haga un click derecho y seleccione Global Edit.

Seleccione “Ten State” como el método de flujo extremo Extreme Flow Method.

Dado que la carga unitaria para restaurante no esta basada en población, vaya hacia abajo y asocie el Restaurante con el método de flujo extremo constante Constant. Con esto hemos seleccionado diferentes metodologías de mayoración para los diferentes flujos unitarios sanitarios usados en el modelo. Seleccione OK y OK nuevamente para salir.

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Ejecutando el modelo para ejecutar el modelo. Vamos a hacer un análisis Seleccione el botón estático, de manera que la opción Steady State debe estar seleccionada.

para correr el modelo. Una vez terminados los Haga click en el botón calculos observe que existe una luz amarilla en la pestaña Results, la cual indica que hay mensajes de advertencia 8no significa que hubo error en la simulación. Si ocurre esto, la luz sería de color rojo). Haga click en el botón a cada elemento.

para observar las advertencias referentes

Note que algunas de estas advertencias están relacionadas con las restricciones mínimas de velocidad. Esto es debido a que por defecto la restricción de velocidad mínima esta configurada a 0.50 m/s. Cuando usted ejecuta cualquier análisis, las restricciones de velocidad mínima y máximas son utilizadas para advertirle de posibles problemas en su sistema. Se puede disminuir el valor de velocidad mínima, así mismo reduciendo errores, seleccionando Analysis, Restricciones de Diseño por Defecto (Default Desing Constraints) y configurando la restricción de velocidad mínima Minimum Velocity Constraint a un valor menos que 0.50 m/s. Después de completar la primera simulación, revise los resultados usando codificación a color (Color Coding), anotaciones (Annotations), perfiles y reportes tabulares. Utilice estas herramientas para comparar sus resultados con la tabla final.

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Escenario con carga pluvial Después de revisar el sistema con Condiciones de Carga Sanitaria Seca (Simulación Previa) configure un evento de Carga Pluvial y compare los resultados. Desde la ventana principal seleccione Analysis/Alternatives. Señale la tercera alternativa desde la izquierda, de carga de infiltración y flujo entrante Infiltration and Inflow Loading. Esta alternativa es la que almacena las cargas pluviales. Note que ya existe una alternativa base.

Seleccione Edit y note que no tenemos cargas pluviales aplicadas a la simulación previa. Seleccione Close para salir de la alternativa base.

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Tenemos que crear una alternativa de carga pluvial para nuestro evento. No es necesario crear una alternativa hijo (Child) pues no es necesario heredar información de la alternativa existente. Seleccione Add y nombre la nueva alternativa “Evento Pluvial” Haga click en OK.

Haga click derecho sobre la columna de tipo de carga de infiltración Infiltration Load Type y seleccione Global Edit. Configure el tipo de infiltración como la distribuida en la longitud de la tubería (Pipe Lenght). Utilizando la tabla de abajo (izquierda), configure la velocidad de infiltración por unidad de carga (Infiltration Rate per Loading Unit) para todas las tuberías. Después seleccione la pestaña de estructura de entrada (Inflow Structure) y usando la tabla de la derecha ingrese el flujo entrante para cada pozo de inspección. Datos de Infiltración por la Tubería

Datos de Flujo entrante en Pozo de Inspección

Tubería

Velocidad de Infiltración por Unidad de Carga (l/d)

Pozo de Inspección

Flujo Base patrón Carga de entrada (l/d)

P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 P-9 P-10 P-11 P-12 P-13

227 227 227 227 303 303 303 227 227 227 227 227 227

MH-1 MH-2 MH-3 MH-4 MH-5 MH-6 MH-7 MH-8 MH-9 MH-10 MH-11 MH-12 MH-13

757 1136 1136 946 1136 946 1136 1136 1136 757 757 1136 1136

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Seleccione Close para salir de la nueva alternativa y note el esquema de alternativas para la carga pluvial. Antes de salir del administrador de alternativas, renombre la primera alternativa como “Sin evento pluvial” haciendo click en Rename.

Seleccione Close para salir del administrador de alternativas. Ahora desde el menú de Analysis seleccione el menú de Scenarios. Con el escenario Base señalado, haga click derecho y seleccione Rename. Renombre el escenario, “Carga de Clima Seco/Sin Carga Pluvial”.

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Con este escenario señalado, seleccione Scenario Management y luego Add Child Scenario, para agregar un escenario hijo del original. Queremos que sea un escenario hijo pues heredara la alternativa original de flujos sanitarios. Nombre el escenario “Carga Pluvial” y seleccione OK. En la pestaña Alternatives seleccione “Evento Pluvial” como la alternativa de carga de Infiltración y Flujo Entrante y seleccione Close para salir.

Seleccione Go Batch Run para correr ambos escenarios simultáneamente. Seleccione ambos escenarios y haga click en Batch para iniciar cálculos. Haga click en Yes para correr ambos escenarios cuando se le pregunte. Compare sus resultados con las respuestas al final. Utilice codificación e colores, anotaciones, perfiles, reportes tabulares, y la comparación de escenarios.

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Resultados CLAVE: Los resultados de cada grupo de alumnos pueden diferir entre si y tambien con la tabla presentada. Recuerde que cada uno ha realizado el esquema a mano y generalmente se presentan variaciones en las longitudes de las tuberías. No obstante, las diferencias no deberían ser substanciales. Tubería con mayor velocidad, Velocidad Tubería con mayor perdida de cabeza Perdida Tubería con menor perdida de cabeza Perdida Carga sanitaria total del sistema Gradiente hidráulico en la estructura de salida

Escenario sin carga pluvial

P-7 0.57 m/s

Escenario sin carga pluvial

P-8 0.73 m

Escenario sin carga pluvial

P-10 0.33 m

Escenario sin carga pluvial

13.42 l/s

Escenario sin carga pluvial

151.79 m

Tubería con la mayor diferencia de velocidad promedio entre escenarios*, Velocidad Perfil de flujo de las tuberías P-4, P-5 y P-6 en el escenario con carga pluvial? Infiltración total del sistema

P-7 0.18 m/s Presión 10.81 l/s

*Utilice las anotaciones Annotation y la herramienta de comparación de escenarios Scenario Comparison para analizar la diferencia entre velocidad promedio entre las dos corridas.

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