Epanet y Cooperación. Introducción al Cálculo de Redes de Agua por Ordenador
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Epanet y Cooperacin
Introduccin al clculo de redes de
agua por ordenador
Primera Edicin Actualizada
Septiembre 2007
Santiago Arnalich
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Epanet y Cooperacin
Introduccin al clculo
de redes de agua por ordenador
Primera Edicin Revisada
Septiembre 2007
ISBN: 978- 84- 611- 9322- 6
Arnalich, Water and Habitat
Reservados todos los derechos. Puedes fotocopiar este manual para tu uso personal si tu
situacin econmica no te permite comprarlo. En caso contrario, considera apoyar estas
iniciativas comprando una copia.
Si deseas utilizar parte de los contenidos de este libro,
contctanos [email protected].
Foto de la portada: Daos del Tsunami enMeulaboh, Indonesia
Fe de erratas en: www.arnalich.com/dwnl/xlipaco.doc
Depsito Legal: M-42833-2007
AVISO IMPORTANTE: La informacin contenida en este libro se ha obtenido de fuentes verosmiles y respetadasinternacionalmente. Sin embargo, ni Arnalich w&h ni los autores pueden garantizar la exactitud de la informacin publicadaaqu y no sern responsables de cualquier error, omisin o dao causado por el uso de esta informacin. Se entiende quese est publicando informacin sin un propsito particular y que en ningn caso intentando proporcionar serviciosprofesionales de cartografa. Si se requieren estos servicios, se debe buscar la asistencia de un profesional adecuado.
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A todo el equipo de Tanzania, con
especial cario a Telesphory y Vincent
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ndice
1. Antes de comenzar 1
Algunas cosas importantes antes de empezar ............................................... 2
Qu puedes esperar de este manual? ......................................................... 3
Diseo de redes vs. Anlisis de redes existentes .......................................... 4
Por qu hacemos proyectos de agua? ......................................................... 5
Pensando servicio ........................................................................................ 8
Cundo es apropiado hacer una red? ........................................................ 10
Por qu calcular una red? ........................................................................... 12
Adaptndose al contexto .............................................................................. 14
Introduccin al diseo de redes .................................................................... 15
2. Epanet y los modelos de redes 19
Introduccin .................................................................................................. 20
Presentando Epanet .................................................................................... 22
Algunas informaciones prcticas ................................................................. 23
Qu puede y qu no puede hacer Epanet .................................................. 25
Los objetos en Epanet ................................................................................ 27
Evitando perder el tiempo con Epanet ........................................................ 29Evitando salidas falsas ............................................................................... 31
Herramientas bsicas ................................................................................. 32
3. Ensamblando el modelo 37
Introduccin ................................................................................................... 36
Llevando las unidades .................................................................................. 37
Aadiendo cartografa ................................................................................... 38
Dibujando la red ............................................................................................ 44
Introduciendo los datos de los nudos ........................................................... 51
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ii Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
Santiago Arnalich Arnalich. Water and habitat www.arnalich.com
Introduciendo los datos de las tuberas ........................................................ 57
Introduciendo los datos de los embalses ...................................................... 62
Introduciendo los datos de los depsitos ...................................................... 64
Vlvulas ......................................................................................................... 68
Modelando una estacin de bombeo ............................................................ 70Aadiendo una bomba .................................................................................. 73
Esqueletizacin ............................................................................................. 76
4. Cargando el modelo 79
Introduccin .................................................................................................. 80
Poblacin actual vs. Poblacin futura aouch! ......................................... 81
Determinacin de la demanda total diaria ................................................... 94Los multiplicadores ...................................................................................... 86
El patrn de consumo diario ........................................................................ 87
Introduciendo diferentes demandas ............................................................. 93
El patrn de consumo semanal .................................................................... 95
El patrn de consumo mensual .................................................................... 96
Correccin por consumo no medido ............................................................ 98
Coeficiente global ......................................................................................... 99
Recapitulando ............................................................................................ 101
Enfoques en el clculo de la demanda media ........................................... 103
Asignando la demanda a los nudos ........................................................... 106
5. Modelando la calidad del agua 109
Introduccin ................................................................................................ 110
Qu parmetros de calidad evaluar con Epanet? ................................... 112
Preparando el modelo para la calidad ....................................................... 114Averiguando los coeficientes de extincin del cloro .................................. 117
Definiendo las entradas de cloro ................................................................ 120
6. Trabajando el modelo 125
Superando el Sndrome de Pereza Post-ensamblaje .............................. 126
Anlisis esttico vs. Anlisis de periodo extendido ..................................... 127
Criterios de clculo ...................................................................................... 128Qu observar con qu tipo de anlisis ........................................................ 130
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ndice iii
www.arnalich.com Formacin y consultora para la Cooperacin al Desarrollo
Una forma de trabajar ................................................................................. 131
Depurando errores ...................................................................................... 133
Depurando errores invisibles ...................................................................... 138
Visualizando los resultados de un clculo .................................................. 140
Algunas recetas para cumplir los criterios de clculo ................................. 142Observando el modelo en modo extendido ................................................ 146
Proteccin contra incendios ........................................................................ 148
7. Aspectos econmicos 149
Introduccin a la evaluacin econmica .................................................... 150
Determinando cunto estn dispuestos a pagar ....................................... 152
Determinando la factura por inversin ....................................................... 153Determinando la factura por funcionamiento ............................................. 156
Comparando y contextualizando las facturas ............................................ 158
Limitaciones y fuentes de incertidumbre ................................................... 160
Usando Epanet para presupuestar ............................................................ 161
Usando Epanet para determinar el consumo energtico .......................... 164
Ranking de gastos ..................................................................................... 166
La diametrosis seca ................................................................................. 167
Costo vs. Dimetro ..................................................................................... 170
Montajes derrochadores ms frecuentes .................................................. 172
A modo de despedida ............................................................................... 175
Sobre el autor ............................................................................................ 177
Bibliografa ................................................................................................ 179
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1Antes de comenzar
Algunas cosas importantes antes de empezar 2
Qu puedes esperar de este manual? 3
Diseo de redes vs. Anlisis de redes existentes 4
Por qu hacemos proyectos de agua? 5
Pensando servicio 8
Cundo es apropiado hacer una red? 10
Por qu calcular una red? 12
Adaptndose al contexto 14
Introduccin al diseo de redes 15
Planificar una red a ojo, es someter la salud, el bienestar y el desarrollo
econmico de una comunidad a los caprichos del azar.
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2 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Algunas cosas importantes antes de empezar
Este es un manual sobre una visin personal. Las cosas no son absolutas. Muchas
decisiones durante el diseo escapan un enfoque estrictamente racional. Mantn una
visin crtica y ten presente que lo que aqu expongo, no es la forma de disear una
red sino una forma ms.
Se ha buscado un manual autocontenido. Tienes casi todo lo que necesitas y faltan
muchas cosas que no necesitas, como explicaciones meticulosas o rigor innecesario.
Este manual est pensado para su aplicacin en proyectos de Cooperacin al
Desarrollo. Las particularidades del contexto hacen que muchos componentes y
procedimientos tan necesarios en proyectos de pases ricos no tengan sentido.
Se limita al diseo de una red. El anlisis de redes existentes implica un paso ms
en cuanto a complicacin y necesita frecuentemente tcnicas y enfoques ms
elaborados. Por ejemplo, los modelos una vez construidos deben ser calibrados.
Con software, 6 meses es una eternidad. Algunas de los procedimientos descritos
sern mejorados en cuestin de meses, aparecern programas y accesorios nuevos y
formas ms eficaces de hacer lo mismo. Por otro lado, Epanet se aprende y se
reaprende peridicamente, segn se va necesitando. Es raro que en Cooperacinalguien est ocupado a tiempo completo durante mucho tiempo. As, no se pretende
hacer un manual de ltima generacin, sino un manual al que se pueda volver cada
vez que se necesita.
Este libro est orientado hacia redes con un tamao mnimo. El enfoque utilizado de
coeficientes pico no sirve para redes muy pequeas o instalaciones interiores. Para
evitar problemas y por otros motivos igualmente importantes (ampliaciones, incendios,
etc.), procura no instalar tuberas menores de 75-100mm con la nica excepcin de
las acometidas particulares de una casa. Epanet no puede trabajar directamenteusando coeficientes de simultaneidad porque no se cumplira el balance de masas.
Nadie es perfecto, si encuentras errores ten la bondad de informarme de ellos,
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CAPITULO 1. Antes de comenzar 3
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Qu puedes esperar de este manual?
Una vez leas y hayas practicado lo que lees, sers capaz de:
1. Conocer los aspectos bsicos del programa Epanet.2. Recopilar la informacin necesaria previa.
3. Disear redes nuevas.
4. Sentar la base para iniciarte en la reparacin, ampliacin y optimizacin de
redes existentes.
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Santiago Arnalich Arnalich. Water and habitat www.arnalich.com
Diseo de redes vs. Anlisis de redes existentes
Este manual considera slo el diseo de redes nuevas aisladas. Es un primer paso
hacia el anlisis de redes existentes cuya complejidad es mucho mayor. Aunque a
priori el diseo pueda parecer ms intimidante, las redes ya construidas aaden estasdificultades:
1. Problemas de fiabilidad de los datos. En los contextos de cooperacin
frecuentemente no hay planos de las redes, la informacin no est
actualizada, los cambios que se han hecho no estn ms que en la memoria
de algn trabajador, etc. En las redes nuevas, los datos sobre la red son
fiables al 100%.
2. Se desconoce la importancia y localizacin de cada una de las fugas. Las
redes nuevas van a ser probadas a presin cuando estn a medio enterrar,
revelando la existencia de fugas.
3. Se ha modificado el dimetro y rugosidad de las tuberas por depsito de
sales, cal y xidos, aumentando en gran medida la resistencia al flujo.
4. Generalmente se desconoce el estado de funcionamiento, qu vlvulas no
funcionan o estn atascadas en posiciones intermedias.
Todo esto hace que tras la construccin de un modelo tentativo con Epanet, haya que
calibrarlo, es decir, comparar las mediciones en el terreno con los valores del
ordenador, hasta que este consiga reproducir correctamente la realidad. Este proceso
es costoso, laborioso, complicado, y frecuentemente requiere material caro y
especializado. En Cooperacin rara vez se calibra un modelo por falta de recursos.
Quizs el enfoque ms prctico sea localizar y desenterrar los problemas ms
comunes en el terreno, como la presencia de vlvulas cerradas o tuberas
desconectadas.
Este quizs sea el tema de otro manual especfico en un futuro cercano.
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CAPITULO 1. Antes de comenzar 5
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Por qu hacemos proyectos de agua?
La respuesta es obvia, para mejorar las condiciones de vida de las personas.
Decepcionad@? Quizs esperabas una respuesta del tipo para disminuir laprevalencia del Vibrio cholerae un 68,34 % en menores de 5 aos o para lograr un
caudal punta de 0,28 m3/s a 37,22 metros de altura
Esos 0,28 m3/s pueden ser un objetivo muy noble, y sin embargo, encharcar las zonas
abastecidas que no pueden evacuar el agua trada con suficiente velocidad. El
resultado es un empeoramiento de las condiciones de vida tan patente que hasta losnios se echen las manos a la cabeza pensando que es lo que ha pasado.
El da a da de la Cooperacin hace que frecuentemente perdamos de vista este
objetivo y acabemos haciendo proyectos para justificar actividad, cumplir fechas tope
o para no perder subvenciones. No se debe olvidar que, igual que pueden mejorar las
condiciones de vida de manera substancial, los proyectos de agua pueden llegar a
ser muy perjudiciales para las comunidades y que no deberan hacerse a la carrera
ni a ojo de buen cubero.
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6 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
Santiago Arnalich Arnalich. Water and habitat www.arnalich.com
Las consecuencias de un acceso pobre al agua
La idea no es nueva. Ya en 1875 el alcalde de Birmingham Joseph Chamberlain
aseguraba que la prdida de jornales, salud y vidas le costaba a la ciudad 54.000
anuales.
Algunas organizaciones han intentado poner cifras a algo tan escurridizo como las
consecuencias de la falta de acceso al agua y al saneamiento. Las cifras son muy
discutibles, pero las tendencias estn claras. Aqu se reproducen algunas de ellas:
SALUD Las enfermedades relacionadas con el agua son la causa del 80%
de las muertes y de las enfermedades en el Tercer Mundo1.
ECONOMICA Los beneficios de los programas de agua y saneamientodevuelven entre 3 y 34 $ por cada dlar invertido2.
TEMPORAL El tiempo ahorrado en Tanzania supuso un incremento de la
produccin agrcola de un 10%3.
Esta ltima referencia, Everyones a winner? Economic valuation of water projects,
de Wateraid, es muy interesante y se puede descargar a la fecha de la escritura en:
www.wateraid.org/documents/plugin_documents/everyonesawinnerindia.pdf
La salud
Uno de los impactos ms importantes es sobre la salud de las personas. Tiene la
peculiaridad de que es muy fcil medirlo ya que la mayora de instalaciones mdicas
llevan estadsticas por bsicas que sean. Por esta razn, y para evitar algo tan vago
como mejorar la salud de las personas, los proyectos de agua se suelen presentar a
donantes con objetivos en trminos de salud del tipo Disminucin de la prevalencia
de las diarreas en un 20%. Curiosamente este es un parmetro difcil de prever y en
mi modesta opinin no tiene mucho sentido; no deja de ser un brindis al horizonte.
Epanet no tiene junto a la presin, el caudal y la velocidad un parmetro que sea
mortalidad por clera en sus dilogos. Cmo prever entonces que la prevalencia de
diarreas va a disminuir en un 20%? Por eso, es fundamental relacionar parmetros
1Secretario General de Naciones Unidas Kofi Annan para el Dia del Medioambiente, 5 de Junio del 2003. 2
Hutton G. & Haller L. The Costs and Benefits of Water and Sanitation Improvements at the Global Level(OMS 2004).3WaterAid (2004) Everyones a Winner? Economic valuation of water projects WaterAid, Londres.
http://www.wateraid.org/documents/plugin_documents/everyonesawinnerindia.pdfhttp://www.wateraid.org/documents/plugin_documents/everyonesawinnerindia.pdfhttp://www.wateraid.org/documents/plugin_documents/everyonesawinnerindia.pdf -
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calculables con enfermedad. Esto se ha logrado con el cloro, determinando que el
agua no contiene patgenos si:
tiene una concentracin de cloro residual superior a 0,2 ppm
muestra una turbidez menor a 5 ppm y, el tiempo de contacto con el cloro ha sido al menos 30 minutos
Mientras llegan las metodologas que nos permitan hacer algo similar con la cantidad
de agua disponible, la distancia al punto de agua, etc., podemos ver algunas
consecuencias que dan que pensar:
La causa principal de mortalidad infantil es la diarrea1.
De las 37 principales enfermedades en el mundo en desarrollo, 21 estn
relacionadas con el agua y el saneamiento2.
Segn la OMS, el 80% de la enfermedad en el mundo se puede atribuir
al mal acceso al agua y saneamiento3.
En el mundo hay 200 millones de afectados de Schistosomiasis, de los que
20 millones sufren consecuencias severas. Esta enfermedad puede reducirse
en un 77% con sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento con un
diseo correcto 4.
Segn la OMS, ninguna otra medida tiene tanto impacto sobre el
desarrollo nacional y la salud pblica como aquellas en materia de agua
y saneamiento5.
1World Health Organization and Harvard University, 1996. Global Burden of Disease."
2Water and Sanitation for Health Project, con el patrocinio de la US Agency for International Development,
1993. Lessons Learned in Water, Sanitation and Health."3
Battling Waterborne Ills in a Sea of 950 Million, The Washington Post, 17 de Febrero de 1997.4
Esrey y col 1991. "Effects of improved water supply and sanitation on ascariasis, diarrhea, dracunculiasis,hookworm infection, schistosomiasis, and trachoma." WHO 69(5), pp. 609-621.5
OMS, factsheet 112 Agua y saneamiento.
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8 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Pensando servicio
El objetivo concreto de un proyecto de agua es la provisin de un servicio a travs de
unas infraestructuras. Frecuentemente, son las infraestructuras las que acaban
acaparando toda la atencin.
El desafo consiste en pasar de instalar una infraestructura a proveer un servicio.
Si la cantidad de cloro, la distancia que deben andar o el excesivo consumo de jabn
por la dureza del agua hacen que la poblacin prefiera utilizar aguas estancadas para
su consumo, el sistema ha fracasado en sus objetivos de mejora de la salud,
independientemente de lo bien que funcione hidrulicamente.
Criterios de xito
A mi entender, se pueden resumir en estos tres:
1. El sistema es sostenible tcnica e institucionalmente de manera indefinida.
2. Garantiza el acceso en igualdad.
3. Es cambiante y adaptable.
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Estos tres principios son los pilares sobre los trabajar para mantener ciertas
posibilidades de xito. Quizs escritos en las paredes, grabados en la mesa o
tatuados en la mascota del vecino pero en cualquier caso siempre tenerlos en mente,
mucho ms en la fase de diseo. Vamos a considerarlos de nuevo:
A.Sostenible tcnica e institucionalmente de manera indefinida:
Los costes de operacin estn en relacin con la disponibilidad
para pagar?
Los materiales propuestos se encuentran localmente? son
conocidos?
B. Garantiza el acceso en igualdad:
Los costos de mantenimiento, conexin, etc permiten el acceso a
todas las familias?
Se evita la discriminacin de colectivos (discapacitados,
minoras)?
El sistema tolera un porcentaje de conexiones ilegales?1
C. Es cambiante y adaptable:
La explotacin de la red permite su adaptacin para las
necesidades futuras?
El diseo es fcilmente ampliable?
Sin nimo de ser exhaustivo, estas son algunas de las preguntas que nuestro diseo
debe ser capaz de responder y que irn saliendo en los distintos apartados.
1
La conexin ilegal es el ltimo recurso para el acceso de los ms desfavorecidos. Uno de losaspectos ms criticados de las polticas de privatizacin es que, en su afn de gestionar redeseficientes, desconectan a los que no pueden pagar dejndolos sin alternativas en el acceso a underecho bsico.
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Cundo es apropiado hacer una red?
Las redes son costosas, requieren una capacidad de organizacin considerable, una
infraestructura bsica, tienen componentes muy caros y una vez descuidadas son
complicadas de poner a punto nuevamente. Sin embargo, cuando se dan lascondiciones adecuadas ninguna otra intervencin suministrar tanta agua con un
coste tan bajo. Estas condiciones son las siguientes:
1. Las poblaciones estn concentradas o tienen el potencial de hacerlo por
ser zonas de nueva ocupacin. Esto permite disminuir la relacin km de
tubera instalado / habitantes cubiertos haciendo que sea la intervencin ms
barata. Es ms razonable instalar 200 metros de tubera en un ncleo urbano
que perforar un sondeo nuevo. A modo indicativo, un pozo puede costar unos
300 /m, un sondeo 200 /m y una tubera de PVC de 100 mm 20 /m. A
modo indicativo, en los ncleos urbanos espaoles la relacin es de unos 2
km de tubera por cada mil habitantes.
2. La poblacin tiene cohesin social e instituciones capaces de encargarse
de la gestin y una estructura que facilite la responsabilizaran. Las
poblaciones nmadas no son buenos candidatos. Frecuentemente, nadie se
siente dueo de los sistemas y se llegan a ver como una fuente de ingresos
mediante el saqueo. Por el contrario, un campo de refugiados con fuerteapoyo internacional y responsables claros es un lugar a priori ideal para una
red.
3. La fuente de agua se puede explotar sosteniblemente. La creacin de una
red fomenta el consumo de agua al disminuir uno de los factores limitantes del
consumo, el acarreo. La fuente debe ser capaz de absorber ese incremento
de demanda. Un manantial o un acufero con claros signos de sobrexplotacin
son malos candidatos para una red.
4. No debe crear problemas ambientales, notablemente encharcamiento. El
agua explotada y transportada por una red debe ser tambin evacuada. Si el
relieve es plano, los suelos impermeables y no hay sistemas de aguas sucias
la red aportar ms problemas que soluciones.
Sin ser motivo de exclusin, los relieves muy planos complican y encarecen
enormemente la construccin y operacin de una red. Las aguas residuales se deben
evacuar, el bombeo es constante por la imposibilidad de construir depsitos elevados
del tamao adecuado, las tuberas no son autolimpiantes, se estrangulan y sufren
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www.arnalich.com Formacin y consultora para la Cooperacin al Desarrollo
golpes de ariete por acumulacin de aire que no puede escapar por puntos elevados
por citar slo algunos de los inconvenientes.
All donde se pueda establecer un sistema gravitatorio con distancias relativamente
cortas, ya sea por la presencia de una fuente de agua en altura o por la existencia deun buen emplazamiento para un depsito, la red debe considerarse como primera
opcin.
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12 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Por qu calcular una red?
Pese a que la humanidad tuvo que esperar al ao 1936 para desarrollar el aparato
matemtico necesario para calcular las redes malladas1, y que mi ordenador del ao
2007 necesita 0,28 s para calcular la red simplificada del campo de refugiados deLugufu, predomina la visin de que las redes funcionan casi solas o que pueden
disearse a ojmetro o con tres recetas de cocina obsoletas.
La proliferacin de personajes que afirman sin pestaear tener la capacidad de
calcular redes en sus cabezotas es francamente exasperante. No es sorprendente,
que muchas ni siquiera lleguen a funcionar despus de rotaciones interminables de
expertos y aos de implicacin activa de donantes.
Planificar una red a ojo, es someter la salud, el bienestar y el desarrollo
econmico de una comunidad a los caprichos de azar. Permteme repetirme, si
planificas una red a ojo, estas sometiendo la salud, el bienestar y el desarrollo
econmico de una comunidad a los caprichos de azar. Algunas razones ms para
calcular redes:
1. Las redes sin disear desprecian el trabajo y esfuerzo de las comunidades
llamadas a colaborar.
2. Son peligrosas. El vaciado y llenado de tuberas por la falta de presin aspira
patgenos al interior facilitando la dispersin de enfermedades.
3. Son frgiles. Las redes despresurizadas se llenan de aire. Al llenarse de agua
el aire debe ser evacuado. Este purgado debe ser extremadamente cuidadoso
para evitar golpes de ariete que destruyen las tuberas y multiplican las fugas.
Algunos estudios en pases en desarrollo en los que hay cortes de agua
apuntan a que las tuberas, que se llenan y vacan cada vez que se corta el
agua, se rompen hasta 10 veces ms de lo que sera esperable 2.
4. Son antieconmicas. No utilizan bien los recursos disponibles, ya sea porque
estn sobredimensionadas o porque son caras de hacer funcionar. Una
medida tpica para solventar redes con puntos sin presin es elevar ms el
depsito desde el que se alimentan. El resultado es que el consumo
1
Cross, Hardy. Analysis of flow in networks of conduits or conductors. University of Illinois Bulletin No.286. November 1936.2
Lambert, A., Myers, S. and Trow, S. (1998) Managing Water Leakage: Economic and technical issues.Financial Times Energy.
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CAPITULO 1. Antes de comenzar 13
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energtico se dispara por tener que elevar miles de toneladas de agua varios
metros ms para evitar la falta de presin en unos pocos puntos.
5. Rara vez son ampliables. La falta de objetivos claros en el diseo y las
improvisaciones dificultan la expansin de una red hecha sin criterio.
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14 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
Santiago Arnalich Arnalich. Water and habitat www.arnalich.com
Adaptndose al contexto
Manuales de redes ya hay muchsimos, no se hace necesario uno ms. Entonces
por qu otro manual?
Porque los proyectos de Cooperacin no son proyectos como los de los pases
ricos.
Veamos dos ejemplos. Las redes de los pases ricos se disean con tres objetivos en
mente. En primer lugar que funcionen hidrulicamente. Es decir, que sean capaces de
hacer frente a la demanda de agua. En segundo lugar, que ese agua le llegue al
usuario con calidad muy alta. Y en tercer lugar, que sea fiable contra roturas, fallos
elctricos, averas, etc. Este ltimo punto requiere una inversin considerable, con
equipos de reserva y muchas tuberas adicionales entre otros gastos. Cuando las
necesidades de vacunacin, educacin o la falta de trabajo acosan a una poblacin,
de verdad tiene sentido que la red sea a prueba de averas elctricas? Si an tienes
dudas, considera cules son las consecuencias de la interrupcin del abastecimiento
de agua durante unas horas por un apagn y compralas con las de no haber
vacunado a los nios contra la Polio.
Otro caso interesante es el de la demanda a incendios, es decir, el caudal y el
almacenamiento necesarios para hacer frente a un incendio. En redes de pases ricos,este caudal suele ser muy superior al consumo de los ciudadanos y por tanto se
instalan tuberas y depsitos mucho mayores que las que se necesitaran para cubrir
la demanda normal. Muchos pases pobres han adaptado la normativa Europea pero,
tiene sentido sobredimensionar la red para proveer un caudal de 32 l/s en un punto y
tener depsitos de 230 m3 cuando los medios de lucha contra incendios estn
limitados a los cubos que puedan reunir los vecinos? No ser mejor utilizar esos,
digamos 100.000 euros de ms, en subvencionar la creacin de 1000
microempresas?
Todas estas circunstancias hacen que las decisiones sean muy difciles y delicadas.
Para estas decisiones, de poco sirve refugiarse en el rigor de los manuales
occidentales.
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CAPITULO 1. Antes de comenzar 15
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Introduccin al diseo de redes
Disear una red es definir cmo va a ser esa red mediante unos clculos que permiten
asegurar que va a funcionar correctamente. Los parmetros de funcionamiento para
Cooperacin son principalmente cuatro (ms detalles en el Captulo 6):
Presin, que asegura que los beneficiarios recibirn agua en todos los puntos
considerados.
Velocidad en la tubera, que determina que la red propuesta no es demasiado
grande (velocidades bajas) y costosa de construir o demasiado pequea y
costosa de hacer funcionar (velocidades altas).
Envejecimiento es el tiempo de permanencia del agua en la red. Si el agua
pasa mucho tiempo en la red su calidad se resiente.
Concentracin de cloro, que asegurar la potabilidad del agua, sin que susabor cause rechazo entre los usuarios.
Existen infinitas soluciones para abastecer de agua en unas circunstancias dadas,
muchas de ellas viables y razonables segn los parmetros que acabamos de ver.
Considera, por ejemplo, las dos maneras de conectar los puntos de consumo , al
depsito .
Para elegir una de ellas se suele buscar otro parmetro, principalmente el econmico.
Bsicamente se trata de elegir aquella solucin que es ms barata, no slo deconstruir sino tambin de operar. Esta idea y la manera de comparar las facturas de
amortizacin de la inversin inicial con la de operacin de la red se ven en el Captulo
7.
Sin embargo, el criterio econmico no es el nico criterio. Pero antes hace falta una
pequea explicacin
Hay dos tipos de trazado de la red. En el ramificado, las tuberas se van ramificando
de manera parecida a las ramas de un rbol. La ventaja principal es la economa,
pues hace falta mucha menos tubera. Los inconvenientes, debidos a que el agua solo
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16 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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puede llegar a un punto por un camino, son la falta de fiabilidad y los problemas de
calidad por estancamiento de agua dentro de la red. Para solucionarlos, se hacen
redes con trazado mallado o en panel de abeja, que aunque son ms fiables y
salubres, son ms caras. En la imagen puedes ver la transformacin de una red
ramificada en una mallada mediante la instalacin de la tubera t para cerrar el bucle.
Al aadir la tubera t, en azul, el punto A puede recibir el agua tanto del norte como del
sur, de tal manera que una ruptura en el punto B ya no interrumpe el suministro de
agua en A.
Volviendo al tema de buscar la red ms barata, es evidente que intentarlo a partir de
una red mallada es un contrasentido, ya que siempre se acaba en redes ramificadas.
Y sin embargo, la tendencia clara es hacer redes malladas! Ello se debe a que,
adems del criterio econmico hay otros criterios muy importantes en Cooperacin,
por ejemplo:
la robustez, especialmente cuando el material es caro y no est disponible
con rapidez, las poblaciones son inexpertas porque es la primera vez que
tienen una red y el personal es novato.
la adaptabilidad, las redes ramificadas no permiten grandes modificaciones oampliaciones; es ms difcil adaptarlas para seguir la evolucin de la
poblacin.
La escasez y fiabilidad de los datos recomienda redes malladas, ya que las
ramificadas necesitan conocimientos precisos de cunto se consume en qu
lugares, que frecuentemente no estn disponibles o no son fiables.
El proceso de diseo tiene dos fases bien definidas:
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CAPITULO 1. Antes de comenzar 17
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1. Trazado de la red. Se dibujan en el espacio sus elementos, es decir se dibuja
el esquema de la red sobre un mapa. Existen limitaciones prcticas a los
trazados posibles. Se intenta que las tuberas y elementos estn accesibles y
se suele optar por colocarlas paralelas a las calles, lindes de parcelas, etc.
2. Dimensionado de los elementos, es decir, determinar su tamao y
propiedades. La tubera 32 ser de 200 mm, la vlvula 3 ser de compuerta y
de 50 mm de dimetro, el tanque de la colina de 40 m3 Para hacerlo, se
prueba para el peor de los casos previsibles, partiendo de la hiptesis de que
si funciona en el escenario ms adverso, lo har sin problemas en el resto. En
otras palabras, si la tubera de 200 mm puede transportar un caudal de 30 l/s
de agua, tambin podr con 5 l/s. La base para determinar si una red se
comporta adecuadamente o no, es determinar la demanda a la que est
sometida en condiciones normales y corregirla para simular ese peorescenario. Este proceso de asignar un consumo a cada lugar del espacio se
llama cargar el modelo y encontrars los detalles en el Captulo 4.
Aqu es donde entra en juego Epanet. Usando este programa podrs determinar qu
diseos se comportarn adecuadamente en el peor de los casos sin necesidad de
clculos hercleos. Tu tarea se reduce entonces a averiguar cul es el ms barato
entre ellos teniendo en cuenta aspectos ya mencionados.
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2Epanet y los modelos de redes
Introduccin 20
Presentando Epanet 22
Algunas informaciones prcticas 23
Qu puede y qu no puede hacer Epanet 25
Los objetos en Epanet 27
Evitando perder el tiempo con Epanet 29
Evitando salidas falsas 31
Herramientas bsicas 32
Los ordenadores son intiles. Slo pueden darte respuestas.
(Pablo Picasso)
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20 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Introduccin
Un modelo es una construccin que permite reproducir el comportamiento de una red
para poder realizar pruebas y anticipar soluciones. En el caso del programa Epanet,
esta construccin no es una maqueta sino una representacin matemtica de lasrelaciones entre los componentes. Su utilidad prctica reside en que permite hacer
pruebas de qu es lo que pasara si sin grandes inversiones de tiempo y dinero.
Otras ventajas importantes son:
Libran a los beneficiarios de ser rehenes de nuestras pruebas.
Evitan conflictos sociales y con las autoridades.
Mejoran la solidez de la red al evitar instalaciones y desinstalacionesinterminables.
Entonces por qu se construyen tan pocos modelos de las redes? La complejidad de
los clculos necesarios es abrumadora. Afortunadamente, se puede salvar muy
fcilmente aprendiendo a usar el programa que realiza todos los clculos liberndote
para que puedas concentrarte en la toma de decisiones. Ms adelante se explicar el
porqu de usar Epanet en concreto como programa de clculo.
Una de las grandes aportaciones de Epanet a la Cooperacin es que personas singrandes conocimientos de mecnica de fluidos puedan tomar decisiones sobre
las redes de las que son responsables. As puesto no es muy alentador, y parece
hasta indeseable, sin embargo, tanto en terreno como entre los cooperantes, es muy
difcil encontrar personas con capacidad de clculo de redes real. Las redes acaban
siendo asumidas por Licenciados en cosas que no tienen mucho que ver y localmente
por personas que no han tenido nunca el acceso a una formacin tcnica slida.
Frecuentemente las personas que tendran esas capacidades localmente, no sienten
la motivacin de vivir en lugares remotos; priorizan la educacin de sus hijos, trabajos
ms desafiantes, mejores condiciones de vida En cualquier caso, no estn
disponibles en nmero suficiente.
El resultado es que se acometen intervenciones sin base y con criterios muy dudosos.
Los resultados acaban siendo bastante malos. En el caso de redes ya construidas en
poblaciones con pocos recursos empieza el canibalismo. Partes de la red se
desinstalan para instalarse en otras partes siguiendo corazonadas e inspiraciones con
muy poca base.
En mi opinin, aqu debe primar un enfoque ms pragmtico. La persistencia en
suponer que agencias de desarrollo tienen capacidad de clculo, y sucesivamente de
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CAPITULO 2. Epanet y los modelos de redes 21
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ests pensando que localmente existe esta capacidad acaba con resultados muy
pobres no ser ms adecuado proporcionar herramientas a estas personas que
finalmente se ocupan de las redes en lugar de insistir en huir hacia adelante?
Este es el objetivo primordial de este manual.
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22 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Presentando Epanet
Epanet es un programa sencillo de clculo de redes con un interfaz muy visual y un
funcionamiento intuitivo que difunde la Agencia Norteamericana de Medioambiente, la
EPA. Se puede descargar gratuitamente de su pgina en ingls o en la web de Aguasde Valencia en castellano. Como ves en esta imagen, no tiene una pinta demasiado
intimidante:
De hecho, es muy sencillo de utilizar y eso ha contribuido a su gran popularidad. La
experiencia me dice que las personas sin conocimientos grandes de Epanet logran
desenvolverse con los aspectos bsicos en unas 8 horas y empiezan a ser funcionales
en unas 30.
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CAPITULO 2. Epanet y los modelos de redes 23
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Algunas informaciones prcticas
Descarga del programa y su manual
Aguas de Valencia (en espaol):
www.aguasdevalencia.es/portal/web/Tecnologia/Tecnologia/SistemasRedes/E
PANET.html
USEPA (En Ingls): U.S Environmental Protection Agency
www.epa.gov/nrmrl/wswrd/epanet.html
Para completar los idiomas de la Cooperacin, o si los enlaces no estuvieran , visita:
www.epanet.es/descargas.html .
Es importante que utilices los enlaces propuestos. Aunque hay otros manuales y
versiones en castellano en la red, tienen algunos problemas de funcionamiento y de
consistencia en la traduccin.
Ejercicios
A da de la escritura, el nico manual de ejercicios disponible es Epanet y
Cooperacin.44 Ejercicios Progresivos comentados paso a paso del mismo
autor y disponible enwww.arnalich.com/es/libros.html.
Comunidad de usuarios Uepanet
Hemos puesto en marcha una lista de distribucin para usuarios de Epanet en
castellano, Uepanet. La suscripcin es gratuita y all puedes preguntar dudas a varios
centenares de usuarios: www.epanet.es/foro.html
Complementos
El desarrollos de Epanet ha sido detenido en los tribunales por la competencia
comercial (que curiosamente usa su base de clculo) alegando competencia desleal
de un organismo pblico. Esto condicionar bastante las futuras versiones.
Con las limitaciones impuestas por los tribunales es difcil que se incorporen nuevas
funciones al programa en s. Eso no ha impedido que se desarrollen aplicaciones
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24 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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puente para suplir algunas de sus carencias. Una de las mejores pginas de estas
aplicaciones en castellano eswww.zonums.com/sp/home.html .
www.epanet.esPara reunir todos estos esfuerzos en un slo punto, hemos puesto en marcha el portal
www.epanet.esdonde encontrars:
Descargas de Epanet y manuales en varios idiomas.
Ejemplos de redes con los que enredar.
Este manual en versin digital.
La lista de distribucin Uepanet, especfica sobre Epanet aplicado a
Cooperacin, donde podrs preguntar tus dudas.
Ayuda en Microsoft Vista y posteriores
Esta es una sorpresa para los usuarios de Windows Vista y posterior. Los archivos de
ayuda no son visibles en este sistema operativo porque no se incluye el programa de
ayuda winhlp32.exe en la distribucin. Para ver los archivos sin modificar tu sistema,
puedes descargar e instalar el archivo en la web de Microsoft o hacerlo (por tu cuenta
y riesgo) de:
www.arnalich.com/dwnl/ayudaVista.zip
http://www.zonums.com/sp/home.htmlhttp://www.zonums.com/sp/home.htmlhttp://www.zonums.com/sp/home.htmlhttp://www.epanet.es/http://www.epanet.es/http://www.arnalich.com/dwnl/ayudaVista.ziphttp://www.arnalich.com/dwnl/ayudaVista.ziphttp://www.arnalich.com/dwnl/ayudaVista.ziphttp://www.epanet.es/http://www.zonums.com/sp/home.html -
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CAPITULO 2. Epanet y los modelos de redes 25
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Qu puede y qu no puede hacer Epanet
Buenas noticias! Puede hacer la mayor parte de los clculos que vayas a necesitar
para tu proyecto, y los que no puede hacer, son relativamente fciles de hacer a
mano. Lo utilizars principalmente para:
Determinar qu tuberas y de qu dimetro instalar.
Determinar las mejoras y/o ampliaciones que necesita una red.
Determinar dnde instalar los depsitos, vlvulas y bombas.
Ver el comportamiento de cloro y la necesidad de establecer puntos de cloracin
secundarios.
Aunque tambin hace estas cosas, en mi opinin se hacen ms fcilmente a mano y
con menos propensin al error:
Dimensionado de depsitos.
Seleccin de bombas, con la notable excepcin de sistemas de bombeo
complicados.
Clculo del consumo energtico.
Simular el comportamiento de elementos, como las vlvulas reductoras de
presin o mantenedoras de presin, que a pesar de su utilidad son difciles de
conseguir en muchos contextos.
Las prestaciones en detalle estn descritas en el manual del programa
Qu NO puede hacer Epanet
Aqu se hace necesaria una minscula introduccin. Los modelos que se crean se
clasifican en dos tipos inerciales o no inerciales. Los no inerciales asumen condiciones
de cuasi-equilibrio, en trminos llanos, que no hay cambios bruscos en la red. Esto es
cierto en gran medida, ya que muchos kilmetros de tubera tienen mucha resistencia
al cambio y los usuarios no se comportan como un banco de sardinas, abriendo o
cerrando sus grifos todos al unsono. Sin embargo, deja sin considerar algunos
fenmenos reales y rpidos como un reventn en una tubera, el golpe de ariete
causado por una masa de agua de muchas toneladas que debe detenerse en pocos
segundos al cerrar una vlvula, el cierre repentino de una vlvula de no retorno, el
inicio o la parada de una bomba, etc.
Todos estos fenmenos son muy rpidos y Epanet no tiene capacidad para calcularlosporque asume condiciones de cuasi-equilibrio. Volvemos a ver qu es lo que NO hace:
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1. No calcula golpes de ariete.
2. No permite simular reventones.
3. Las vlvulas de no retorno estn modeladas de manera simplificada.
4. No evala las consecuencias de la presencia de aire en la red.
En resumen, no permite modelar cambios bruscos.
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CAPITULO 2. Epanet y los modelos de redes 27
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Los objetos en Epanet
Epanet reconoce 6 tipos fundamentales de objetos que intervienen en una red. Con
estos objetos se dibuja y se hace funcionar la red. Es vital conocerlos. Son los
siguientes:
El nudo. El nudo es un punto con una cota determinada por donde sale el agua
de la red. Esta salida se hace asignndole una demanda o consumo. Al asignar
una demanda negativa, se convierte en un punto de entrada. De hecho, se
puede representar un manantial o un sondeo como un nudo en el que la cota es
la representa del agua en el interior. En los nudos es conocida la demanda y
desconocida la presin.
El embalse. El embalse acta de sumidero o de fuente de agua, pero en
cualquier caso es buena idea que haya uno en Epanet para que no haya
mensajes de error. Su volumen no vara por las entradas o salidas de agua, es
decir, su tamao es muy grande en comparacin con el sistema. Para hacernos
una idea, seran ros, lagos, acuferos subterrneos Se caracterizan medianteuna altura total. De cara al modelo, es un nudo en el cual en lugar de saber el
caudal (demanda) y desconocer la altura total (cota + presin), se conoce la
altura total y se desconoce el caudal.
El depsito es un nudo con capacidad limitada de almacenar agua. Sin mucha
ciencia un depsito es el depsito que a todos se nos viene a la mente al or la
palabra.
La tubera es la que transporta el agua de una parte a otra del sistema. Epanet
asume que siempre estn llenas. Adems usando sus propiedades se pueden
abrir o cerrar o limitar el flujo a una sola direccin sin necesidad de aadir
vlvulas. Las tuberas disipan la energa que tiene el agua en virtud de su altura
o presin por rozamiento.
La bomba. Si a algo hay que temer en Epanet, es a las bombas. Es sabio
evitarlas siempre que se pueda (en ciertos proyectos gravitatorios), porque son
una fuente de dolores de cabeza inesperados que acaba poniendo a prueba los
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nervios. Las bombas le comunican energa al agua, en otras palabras la
impulsan.
Las vlvulas. Las vlvulas entendidas como Epanet las entiende, son
probablemente elementos a evitar en Cooperacin, por su precio y por ladificultad de reemplazarlas. Ya hemos dicho que estas no incluyen a las vlvulas
antiretorno ni las de apertura y cierre. Estas se incluyen en el modelo como una
propiedad de la tubera sobre la que iran instaladas. Hay varios tipos:
Vlvula reductora. Disminuye la presin aguas abajo.
V. sostenedora. Mantiene la presin aguas arriba.
V. de ruptura. Fuerza una cada determinada de presin.
V. de limitadora de caudal.
V. de propsito general o genrica cuyo comportamiento
programa el usuario.
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CAPITULO 2. Epanet y los modelos de redes 29
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Evitando perder el tiempo con Epanet
Se usa Epanet para ahorrar tiempo y esfuerzo. Evita:
1. Dibujar redes con precisin. Si ests trabajando con el modo longitudautomtica apagado, lo que estas dibujando es un croquis de la red al que
introduces las longitudes por separado. A efectos prcticos a Epanet le da
igual lo meticulos@ que hayas sido dibujando. Estas dos redes las calcula
igual si tienen la misma longitud en cada tubera:
2. Etiquetar las tuberas y nudos con un nombre lgico. Epanet asigna durante
el proceso de dibujo un nmero: la tubera 1, el nudo 63 y as sucesivamente.
Insistir que estos nmeros atiendan a una determinada lgica es muy mala
idea. Durante el proceso de diseo vas a borrar y crear muchas tuberas yactualizar los datos es una tarea herclea.
3. Destruir el modelo base. Una vez hayas introducido todos los datos
topogrficos, las bombas, etc., gurdalo como escenario base y trabaja sobre
una copia. Sobre todo para redes que ya existen, despus de trabajar un
modelo durante varias horas sin mucho resultado, ya no se sabe qu es
original y qu ha sido cambiado. An sabindolo, hay que trabajar para
devolver el modelo a su estado original.
4. Hacer cambios sin anotarlos. Enhorabuena! Has conseguido un diseo
optimizado, con un presupuesto ajustado, perooo de las 267 tuberas que
hay y los 198 nudos, cuales cambiaste?! Anota cada cambio que haces de
una manera parecida a esta:
Tubera 58, aumentada de 75 a 125mm
Tubera 63 nueva
Por ejemplo:
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5. No usar opciones por defecto para las longitudes, dimetros, demandas,
etc., que ms abunden a priori en tu sistema. Ms adelante vers cmo.
6. Olvidar guardar versiones del archivo segn completes hitos. Epanet no
permite deshacer automticamente cambios y volver a un punto despus de
intentar modelar en un callejn sin salida puede ahorrar mucho tiempo.
Guardar redes de la forma Red v 1,2 estable.net, Red v 1.3 estacin de
bombeo.net, etc., permite volver a un punto previo rpidamente.
7. Sobreconstruir el modelo. Un modelo es un modelo, no la realidad. Se trata
entonces de usar el modelo ms simple posible que represente
adecuadamente lo que va a pasar. Intentar representar absolutamente todo
en Epanet es una de las mejores formas de desesperarse. Muchas veces no
es necesario representar las redes completas, se pueden sustituir bombas pordepsitos, etc.
Si te ves lleno de energa en el comienzo de tu proyecto y con un deseo irresistible de
ser meticuloso al extremo y obviar algunas de estas recomendaciones, lete la
seccin Superando el Sndrome de Pereza Post-ensamblaje del Captulo 6, por si
creyeras prudente economizar energas y entusiasmo para ms adelante.
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CAPITULO 2. Epanet y los modelos de redes 31
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Evitando salidas falsas
El 23 de Septiembre de 1999, 125 millones de dlares se queman en la atmsfera de
Marte. Tras algunas investigaciones se vio que los dos equipos que colaboraban en el
proyecto del Mars Orbiter haban trabajado en sistemas de unidades distintos. Comoesto ocurre en las mejores familias, lo primero que hay que hacer es configurar Epanet
para trabajar en las unidades adecuadas.
Para ello, pincha en Proyecto y en el men que se despliega selecciona Valores por
defecto. En el resto del manual estas instrucciones se dan mediante rutas. La ruta de
esta accin sera: > Proyecto / Valores por Defecto.
En el men que aparece pulsa la pestaa Opc. Hidrulicas y asegrate que pone LPS.
Elegir esta opcin implica que se utilizan las siguientes unidades:
Caudal: litros/segundo
Presin: mca1
Dimetros: milmetros
Longitudes: metros
Cotas: metros
Dimensiones: metros
1 Metros de columna de agua, la manera ms cmoda de expresar la presin, teniendo en cuenta que 10 mde columna de agua es un bar, otra unidad de presin frecuentemente usada.
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32 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Herramientas bsicas
El objeto de este apartado es destacar algunas herramientas importantes y la forma
de sacarle partido.
Editar por regiones. Si de repente tienes que cambiar la rugosidad de las
tuberas de 140 a 120, no es necesario que vayas tubera por tubera:
1. Sigue la ruta > Edicin / Editar Regin. Observars que el cursor cambia
a una cruz.
2. Envuelve los objetos que quieras cambiar pinchando puntos sucesivos
que sern los vrtices del rea de seleccin. La manera de cerrar el
polgono de seleccin es pulsar el botn derecho del ratn y la de
empezar de nuevo es pulsar Esc.
3. Una vez cerrado, pulsa > Edicin / Editar Grupo y observa el men que
sale. Ahora slo tienes que construir una frase del tipo Para todas las
tuberas con rugosidad igual a 140, sustituir rugosidad por 120
rellenando y marcando opciones en el cuadro que se abre:
Hacer coincidente la escala de leyendas con los criterios de diseo . Si has
decidido que la presin debe estar entre 1 y 3 bares (10 a 30 metros), puedes
modificar la leyenda de tal manera que el primer color te muestra presiones
negativas, el segundo tu lmite mnimo, el tercero un valor intermedio y el cuarto la
mxima para poder detectar valores fuera de rango de un vistazo.
En la imagen hay zonas con presin negativa (azul oscuro), presin insuficiente
(azul celeste) y presin excesiva (rojo).
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CAPITULO 2. Epanet y los modelos de redes 33
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El procedimiento es:
1. Pincha con el botn derecho sobre la leyenda. Si lo haces con el derecho
desaparece de la vista. La forma de volver a encontrarla es > Ver / Leyendas /
Nudo (o tubera segn el parmetro de que se trate).
2. Mete los valores de tu eleccin en los recuadros y acepta.
Acude a la ayuda. La ayuda de Epanet es sorprendentemente buena y contiene
mucha informacin til rpidamente accesible y directa al grano.
A continuacin se muestra un ejemplo de la ayuda de Epanet para establecer
curvas caractersticas de una bomba:
http://www.arnalich.com/http://www.arnalich.com/http://www.arnalich.com/ -
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3Ensamblando el modelo
Introduccin 36
Llevando las unidades 37
Aadiendo cartografa 38
Dibujando la red 44
Introduciendo los datos de los nudos 51
Introduciendo los datos de las tuberas 57
Introduciendo los datos de los embalses 62
Introduciendo los datos de los depsitos 74
Vlvulas 68
Modelando una estacin de bombeo 70
Aadiendo una bomba 73
Esqueletizacin 76
Un modelo es slo tan bueno como los datos en los que se basa.
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36 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Introduccin
En este captulo se construye el modelo. Se empieza dibujando y luego se van
aadiendo datos. La determinacin y asignacin de la demanda se ve en el siguiente
captulo, cargando el modelo.
Antes de empezar, toma 30 minutos para realizar el tutorial Gua rpida que viene
con el programa para localizarte en el programa. La idea es que adquieras las
habilidades bsicas para seguir el resto del manual. La ruta es > Ayuda / Gua Rpida
Si usas Windows Vista, lee la seccin Has perdido la ayuda de Vista? en el
Captulo 2.
Por ltimo, asegrate que has configurado los valores por defecto de Epanet y
las unidades segn lo visto en el captulo anterior.
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 37
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Llevando las unidades
Para trabajar con Epanet tendrs que hacer muchos clculos muy sencillos a mano.
Aunque sean sencillos, muchos de ellos son tan propensos a tener errores y tan
traicioneros de pensar como las dobles negaciones o los das que hay entre 2 fechas.
Si tienes la disciplina de llevar las unidades descubrirs muchos de estos errores
antes de que afecten a tu estabilidad emocional. Mira, por ejemplo, estos dos clculos
de la misma conversin de unidades:
A. 14 m3/h = 14h
m3
*l
m
1000
3
*h
s
1
3600=
1000
3600*14* 33 *mm *
hh*
1*s
l
= 50,4 l*m6/ h2*s
l*m6/ h2*s?! Si como yo no conoces esta unidad de caudal, algo fue mal.
B. 14 m3/h = 14
h
m3
*3
1000
m
l*
s
h
3600
1=
3600
1000*14*
3
3
m
m*
h
h*
s
l= 3,88 l/s
Multiplicar pors
h
3600
1es lo mismo que multiplicar por 1/1, ya que una 1 hora y 3600
segundos es la misma cosa. Si te resulta ms fcil, puedes pensarlo como que hay 1
hora en cada 3600 segundos. El resultado es un cambio de unidades.
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38 Epanet y Cooperacin. Introduccin al clculo de redes de agua por ordenador
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Aadiendo cartografa
Hay dos formas de trabajar en Epanet. En la primera se dibuja un croquis de la red y
se introducen los datos. Esto requiere un levantamiento topogrfico que determine las
distancias y las alturas. La palabra es laborioso.
La segunda manera, protagonista de esta seccin, es ms cmoda y menos propensa
al error. Consiste en cargar un plano, o una imagen satlite o area de fondo.
Despus se averiguan las dimensiones reales del rea cubierta por esa imagen para
que Epanet pueda calcular automticamente las longitudes de la tubera que
dibujamos encima de la imagen.
Una vez Epanet conoce la dimensin vertical v y la horizontal h, puede averiguar a y b
por comparacin. Entonces calcula la distancia entre A y B automticamente. As con
todas las tuberas que dibujemos sobre la imagen.
A continuacin vemos la manera de calcular la distancia horizontal y vertical de una
imagen.
h
vB
A
a
b
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 39
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Averiguando las dimensiones de mapas
Los planos suelen tener esta distancia ya medida en forma de coordenadas.
a) Si el mapa es reciente usar UTM y en sus mrgenes podrs leer cifras:
En este caso, como viene la escala es muy fcil deducir las dimensiones. Si no fuera
el caso, fjate en los nmeros 713, 714, etc. Estos representan la coordenada UTM
horizontal de manera que en un GPS 713 aparecera tal que:
32S 713000 8033400
El primer grupo, 32S, lo puedes ignorar. El segundo grupo es la coordenada horizontal
medida en metros desde un punto, y la segunda es la vertical. Para saber la distancia
entre el punto 713 y el 714, puedes restar argumentando de la siguiente manera: El
punto 713 est a 713.000 metros del punto de referencia (que no nos interesa) y el 714
est a 714.000 metros. Luego la distancia entre ellos es 714.000-713.000 = 1000 m.
Veamos un ejemplo. A continuacin se ha recuadrado una zona de un mapa donde
ira el proyecto y queremos averiguar las dimensiones de esa imagen:
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Dimensin horizontal 705.000 -702.000 = 3000 metros
Dimensin vertical 4.782.000- 4.780.000 = 2000 metros
Una limitacin grande de Epanet es que solo acepta las dimensiones de los
extremos de la imagen por lo que normalmente tendrs que recortarla de tal
manera que sea exclusivamente lo que aparece dentro del rectngulo negro.
b) Si el mapa esta en grados de longitud latitud, puedes usar un convertidor de
coordenadas que encuentres en Internet, y proceder de la misma manera , por
ejemplo,www.tutiempo.net/p/distancias/calcular_distancias.html
Averiguando las dimensiones de imgenes y mapas sin referencias
Necesitas un GPS y coordenadas UTM. No utilices latitud y longitud, slo tienen
sentido para zonas abiertas, es decir, navegacin martima y area. Tus coordenadas
UTM sern parecidas a esto 32 S 486000 8033400. Ya hemos dicho que la primera
coordenada, 486000, es la horizontal en metros y la segunda, 8033400, la vertical
tambin en metros y el grupo 32 S no tiene importancia a este nivel.
Si la imagen de abajo fuera la imagen que quieres calibrar, busca dos puntos
fcilmente localizables tanto en la realidad como en el mapa. Debes elegirlos de tal
manera que encierren el rea de la imagen donde ir la red, uno siendo la esquina
http://www.tutiempo.net/p/distancias/calcular_distancias.htmlhttp://www.tutiempo.net/p/distancias/calcular_distancias.htmlhttp://www.tutiempo.net/p/distancias/calcular_distancias.htmlhttp://www.tutiempo.net/p/distancias/calcular_distancias.html -
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 41
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inferior izquierda y la otra la superior derecha. En el ejemplo se ha elegido la mezquita
y una gasolinera.
Una vez elegidos, debes ir a los dos puntos y tomar las coordenadas UTM. La resta
de las coordenadas es la dimensin de tu futura imagen:
Gasolinera (Superior derecha) 32 S 486000 8033400
Mezquita (Inferior izquierda) 32 S 484000 8032000
---------------------------------
2000 1400 metros
Digo futura para recordarte que en Epanet los puntos deben ser las esquinas. Tendrs
que recortar la imagen para que sean de verdad las esquinas:
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Para incorporarla a Epanet haz Ver / Mapa de fondo / cargar y navega hasta tu
imagen. Es raro que la imagen venga en formato bmp, tendrs probablemente que
cambiarla a bmp con la opcin Guardar como de casi cualquier programa de
imgenes, incluido Paint. Una vez la tienes de fondo, es el momento de darle las
dimensiones. Pincha Ver / Dimensiones y rellenaras el dilogo de dimensiones de
esta forma
Observars que empiezan a aparecer coordenadas al mover el cursor en el nguloinferior izquierdo del programa.
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 43
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Aprovecha para comprobar que lo has hecho bien situando el cursor en el ngulo
superior derecho. Con un error de algunos metros, coincidir con la dimensin de tu
imagen.
Algunas cuestiones prcticas
a) Ya ests con la imagen referenciada y list@ para dibujar la red Oops! No
se ve casi nada! Ocurre sobre todo en vegetacin. Esto tiene fcil solucin
editando la imagen inicial para aumentar el brillo y disminuir el contraste (Ej.
fondo.bmp) y guardndola con otro nombre (Ej. fondoclaro.bmp). Si no
modificas las dimensiones de la imagen ni la recortas esta nueva imagen esta
ya referenciada. Puedes usar la original para el detalle (a la izquierda) y la
modificada para ir dibujando (derecha).
b) Ya que el formato a usar en el fondo es generalmente .bmp, las imgenes
tendrn un tamao importante. Usa el tamao de imgenes que te permita tu
paciencia sabiendo que a mayor tamao, ms lentas son todas las
operaciones. Personalmente creo que imgenes de 2 3 Mb (o incluso10 Mb
segn el rea a cubrir), son un buen compromiso entre detalle y agilidad.
c) Para utilizar este procedimiento sin problemas, utiliza imgenes sindeformacin en las que la escala vertical y la horizontal son la misma.
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Dibujando la red
Con cartografa calibrada
Si tienes cartografa calibrada, asegrate que tienes el modo longitud automtica
encendido cada vez que dibujes. Tiene una insistente tendencia a desactivarse.
Para activarlo o desactivarlo, pincha con el botn derecho en
Aun as, en algn momento habrs dibujado sin el modo activado. Para detectar qu
tuberas has aadido sin longitud automtica, debes hacer una bsqueda con el valor
de longitud de tubera que tengas por defecto, normalmente 1000 m. Este valor lo
encuentras en > Proyecto / Valores por defecto, en la pestaa de propiedades. A
continuacin, tienes que realizar una bsqueda pinchando el icono:
Una vez rellenados los campos Lneas con, Longitud, Igual a y el valor, pulsaenviar. Los objetos que cumplan las condiciones aparecern en rojo como se muestra
en la imagen:
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 45
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Las flechas rojas se han aadido para facilitar la visualizacin pero no sern
mostradas en Epanet. Como es francamente difcil que la tubera que dibujes con el
modo Long. Automtica mida exactamente 1000 m, puedes concluir que esas tuberas
no han recibido el valor real y estn heredando el valor por defecto.
Una cosa importante es que Epanet no tiene en cuenta la altura de los puntos a la
hora de calcular las distancias, es decir, supone que son planas. En la imagen ms
abajo, calculara la longitud de las tuberas A, B y C como 500 m, a pesar de que hara
falta ms tubera para unir el nudo a 100 metros de altura que aquel en la horizontal. A
efectos de clculo, no va a cambiar mucho, pero si usas Epanet para determinar
cuntos kilmetros de tubera necesitas (Captulo 7) acurdate de pedir alrededor de
un 10% ms. As no te encuentras en la situacin en que te faltan 25 metros de
tubera y la puesta en servicio tiene que esperar 6 meses hasta que vuelva a llegar el
material.
Con levantamiento topogrfico
Salvo que tu red este en un sitio muy plano, necesitars medir la altura relativa de los
nudos. Incluso teniendo cartografa puede ser deseable para prever en qu puntos
altos se deber evacuar aire y en cules de los bajos evacuar los sedimentos. Un
levantamiento topogrfico podra tener este aspecto esquemticamente:
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En l puedes leer fcilmente la cota del punto y la longitud de la tubera. Por ejemplo,
del principio al ltimo punto habra 365 metros de tubera (365-0 m) y 29,342 metros
de desnivel (40,34511,003 m).
Hay quien aconseja, yo mismo ya lo he hecho al comienzo del libro, que en redesrepetitivas se gana tiempo introduciendo por defecto la longitud ms frecuente de la
tubera en tu red (recuerda en > Proyecto / Valores por defecto).
Si lo haces as, hazlo con cuidado porque, al
dibujar un esquema y no a escala, ya no tienes
ninguna manera de buscar tuberas a las que no
les hayas metido datos (ver apartado anterior).
Por ejemplo, en la imagen de la izquierda las dostuberas sealadas con las flechas parecen tener
aproximadamente la misma longitud, sin
embargo, la primera tena 90 metros y la
segunda slo 40. Al haber metido una longitud
por defecto que ya existeCmo podrs
descubrir que has dejado algn dato sin
introducir?
Mapa de migas de pan y puntos de GPS
Este modo es til, rpido y eficaz si no hay otros datos. Consiste en crear tu propia
imagen de fondo a partir de las migas de pan que registra un GPS mientras recorres
la futura red (tambin llamado tracks). Una vez hayas creado esta imagen, ya slo
tienes que dimensionarla como en los apartados anteriores y puedes dibujar encima.
En la pgina siguiente tienes dos imgenes que te ayudarn a comprender las
explicaciones.
Necesitas un GPS, una idea clara de la disposicin espacial de la futura red y
conexin a Internet para buscar las cotas en Google Earth o similar (ver Introduciendo
cotas).
1. Recorre con el GPS los trayectos por los que quieres tirar la tubera,
marcando con el GPS lo que sern probablemente nudos. Presta atencin a
no saturar la memoria del GPS, ya que adems de los puntos, debe recordar
infinidad de puntos del camino que has ido recorriendo (modo tracks en ingls,
migas de pan en castellano). Si llenas la memoria, sobrescribir los datos ya
guardados.
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 47
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2. Descarga los puntos y los caminos al programa que tengas, puede ser las
versiones de evaluacin de Oziexplorer, CompeGPS, etc. Algunos, como
CompeGPS, ya tienen una opcin Crear mapa vectorial usando tracks. Otros
tendrn opciones similares, o a las malas, puedes hacer una captura de la
pantalla pulsando la tecla Impr. pantalla (normalmente al ngulo superiorderecho del teclado) junto con otra (Fn, maysculassegn tu modelo de
ordenador) para posteriormente pegarlo en algn programa de imgenes.
3. En el programa aade dos puntos de GPS (waypoints) nuevos, uno inferior
izquierdo (calib a) y otro superior derecho (calib b) que vayan a encuadrar
toda la red dentro. Esto te servir para determinar las dimensiones de la
imagen, son el equivalente a los puntos Mezquita y Gasolinera.
4. Recorta la imagen por los dos puntos de calibracin iniciales, y restando suscoordenadas como hemos visto, determina sus dimensiones. A partir de ahora
puedes dibujar las tuberas encima de los tracks correspondientes y la
posicin de los nudos la obtienes del GPS.
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El resultado de dibujar encima del fondo creado por el GPS lo tienes a la
izquierda. Las tuberas se han hecho coincidir con los tracks y los nudos con los
waypoints. Recuerda que no debes utilizar el GPS, an si tiene barmetro, para
determinar las cotas.
Aunque podras dibujar un esquema y tomar la
longitud de los tracks sin necesidad de una
imagen, no te lo recomiendo, pues
frecuentemente los GPS pierden el acceso a
los satlites y dejan de dibujar partes del
recorrido o atomizan el recorrido en infinidad
de tracks. El resultado acaba parecindose alenvase de un yogur en las fauces de un perro
adolescente.
Net2epa
Esta herramienta online permite dibujar el mapa de nudos directamente sobre las
imgenes satlite o mapas de Google Earth. Se puede acceder en la direccin:
www.zonums.com/gmaps/net2epa.html
La imagen muestra una parte de la ciudad de Mogadishu en Somalia. Los puntos
amarillos , son los nudos que luego pasarn a formar parte de Epanet a travs del
fichero INP, un fichero tipo texto que utiliza Epanet para guardar la informacin.
Una vez se ha terminado, se puede salvar la informacin pulsando create INP y
recibirlo por correo o pegarlo en editor de texto. El dilogo, que deja entrever el
contenido del fichero INP, se muestra a continuacin:
http://www.zonums.com/gmaps/net2epa.htmlhttp://www.zonums.com/gmaps/net2epa.htmlhttp://www.zonums.com/gmaps/net2epa.html -
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 49
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Una pega de este mtodo es que no siempre hay cobertura con suficiente escala para
la mayora de zonas. Las ciudades, como has visto para Mogadishu, tienen muy
buena resolucin y son la principal utilidad actual. Sin embargo, con el avance en
cobertura a gran resolucin de la cartografa de Google, es una herramienta con
bastante futuro.
Estas herramientas se declaran a s mismas versiones beta, es decir, en pruebas o sin
garantas. Si las usas presta atencin a los resultados.
Importando mapas desde AutoCAD
En algunos casos, aunque no es frecuente, la red estar digitalizada en AutoCAD.
Existen algunos programas que interpretan la informacin contenida en AutoCAD y la
transforman para que sea interpretable por Epanet. Uno de ellos es dxf2epa,
desarrollada por Lewis Rossman, el creador de Epanet. Otro bastante interesante y
ms moderno es epacad: www.epacad.com
Hay dos cosas a las que prestar atencin:
http://www.arnalich.com/http://www.arnalich.com/http://www.epacad.com/http://www.epacad.com/http://www.epacad.com/http://www.arnalich.com/ -
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1. La primera es que si no se han usado herramientas de precisin al dibujar con
AutoCAD, ej. Snap, aquellas lneas que parecen tocarse y que en realidad no
lo hacen, aparecern desconectadas en Epanet.
2. Las lneas que se cruzan se interpretan automticamentecomo un nudo. En el caso de tener tuberas que se cruzan
pero que no estn unidas, es necesario desunirlas. Para
evitar confusin, se suelen representar como en la imagen
de la derecha.
Descargando mapas de Google Earth
Aunque Google Earth en su versin bsica no tiene esta opcin, existe la posibilidadde descargar las imgenes a tu ordenador o solicitar una licencia Pro que es gratuita
para organizaciones humanitarias.
Incluyendo detalles
Hay veces en las que en un dibujo a escala, algunas partes se apelotonan si se
mantiene la escala. Es el caso de una estacin de bombeo, como en la imagen, o de
una pequea instalacin que se quiere modelar en la misma red (Ej. Colegios, centros
de salud, etc.).Lo ms sencillo es probablemente desactivar el
modo longitud automtica y dibujar esa parte
exagerada, asignndole las longitudes reales
despus. En la imagen la zona rodeada
corresponde a la estacin de bombeo. Se ve
como se ha exagerado incluso invadiendo el
mar para poder modelar todos sus
componentes y no tener un amasijo de puntos
y bombas ininteligible, aunque en la realidad
slo ocupara algunos metros.
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CAPITULO 3. Ensamblando el modelo 51
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Introduciendo los datos de los nudos
Ya tenemos dibujada la red, es hora de repasar los datos que necesitamos. Sabes del
tutorial gua rpida que pinchando dos veces sobre un objeto se abre un dilogo con
sus propiedades. En el mismo dialogo se introducen algunas y se leen otras, es decir,slo podrs modificar algunas de ellas.
Este es el cuadro completo de un nudo, con todas
sus propiedades. Aqullas que se han recuadrado
en rojo (arriba) se pueden modificar, pero toman
valores automticamente al dibujar el objeto,
salvo para la descripcin y la etiqueta, que sirven
exactamente para lo que estas pensando. Bueno,
la etiqueta sirve para bien poco.
En negro (abajo), son datos que vienen del
clculo, es decir, son datos que se leen.
Con un asterisco estn los datos mnimos
necesarios que para un nudo seran la cota y el
nombre.
Debemos concentrarnos en los parmetros en el
centro:
1. Cota2. Demanda base
3. Curva de modulacin
4. Tipo de demanda
5. Coeficiente emisor
6. Calidad inicial
7. Intensidad de la fuente.
Estos parmetros se irn viendo en los apartados que continan. El plato fuerte, la
demanda (puntos 2, 3 y 4), se ha dejado para el siguiente captulo. No te dejes asustarque en realidad es muy sencillo.
Cota
La cota no es ms que la altura de un punto. Como se trabaja con alturas relativas,
nos da lo mismo que sean respecto al nivel del mar estndar o respecto a la piedra
donde te olvidaste el sombrero. El punto que nos sirve de referencia para comparar
unas cotas con otras se llama datum. Si hubiera un levantamiento topogrfico se sueletomar la base de un depsito, un sondeo, etc. Si no lo hay, se debe tomar el datum
que use el mapa si usas las curvas de nivel o la de referencia de las UTM si son datos
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