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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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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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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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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 de los pozos e inspección
Manhole Report.
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”
Nodo Elevación de Terreno
Ground elevation
Elevación de fondo
Sump elevation
MH-1 156.97 155.36
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
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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
Home (Luxury) Resident 20
MH-3
Day Camp Guest 30
MH-5
Apartment Resident 200
Country Club per Employee Employee 20MH-6
Country Club per Member Present Guest 150
School (Médium) Student 800MH-7
Apartment Resident 100
MH-9
Restautant Meal 30
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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
Nodo
Flujo conocido
(l/d)
MH-1 75.708
MH-12 18.927
carga fija en esos pozos.
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
Seleccione el botón para ejecutar el modelo. Vamos a hacer un análisis
estático, de manera que la opción Steady State debe estar seleccionada.
Haga click en el botón para correr el modelo. Una vez terminados los
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 para observar las advertencias referentes
a cada elemento.
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
Tubería
Velocidad de Infiltración
por Unidad de Carga (l/d)
P-1 227
P-2 227
P-3 227
P-4 227
P-5 303
P-6 303
P-7 303
P-8 227
P-9 227
P-10 227
P-11 227
P-12 227
P-13 227
Datos de Flujo entrante en Pozo de
Inspección
Pozo de
Inspección
Flujo Base patrón
Carga de entrada (l/d)
MH-1 757
MH-2 1136
MH-3 1136
MH-4 946
MH-5 1136
MH-6 946
MH-7 1136
MH-8 1136
MH-9 1136
MH-10 757
MH-11 757
MH-12 1136
MH-13 1136
Pág. 14

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”.
Pág. 15

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
Escenario sin carga pluvial P-7
0.57 m/s
Tubería con mayor perdida de cabeza
Perdida
0.73 m
Tubería con menor perdida de cabeza
Perdida
0.33 m
Carga sanitaria total del sistema Escenario sin carga pluvial 13.42 l/s
Gradiente hidráulico en la estructura
de salida
Escenario sin carga pluvial 151.79 m
Tubería con la mayor diferencia de velocidad promedio entre escenarios*,
Velocidad
P-7
0.18 m/s
Perfil de flujo de las tuberías P-4, P-5 y P-6 en el escenario con carga
pluvial?
Presión
Infiltración total del sistema 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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