Guia Practica Modelación de Redes de Agua Potable

GUIA PRACTICA EPANET

MODELACIN DE REDES DE AGUA POTABLE

INVAR S.A.

MAYO 2012

GUIA PRCTICA PARA MODELACIN DE REDES DE AGUA POTABLE MEDIANTE SOFTWARE EPANET INVAR S.A.

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Contenido

1. PRESENTANDO EPANET ................................................................................................................. 4

2. INFORMACIONES PRCTICAS ........................................................................................................ 4

2.1. DESCARGA DEL PROGRAMA Y SU MANUAL .......................................................................... 4

2.2. AYUDA EN MICROSOFT VISTA Y POSTERIORES ..................................................................... 5

2.3. QUE PODRAS HACER EN EPANET .......................................................................................... 5

3. LOS OBJETOS EN EPANET .............................................................................................................. 5

4. RECOMENDACIONES PARA AHORRAR TIEMPO ............................................................................ 7

4.1. DIBUJO DE REDES CON PRESICIN ........................................................................................ 7

4.2. NO SOBRECONSTRUIR EL MODELO ....................................................................................... 7

4.3. ETIQUETAR TUBERIAS Y NODOS ............................................................................................ 7

4.4. GUARDAR EL MODELO BASE ................................................................................................. 7

4.5. CONFIGURAR VALORES POR DEFECTO .................................................................................. 8

5. HERRAMIENTAS BSICAS .............................................................................................................. 9

5.1. EDITAR POR REGIONES .......................................................................................................... 9

5.2. HACER COINCIDIR ESCALA DE LEYENDAS CON CRITERIOS DE DISEO ................................. 9

6. ENSAMBLANDO EL MODELO ....................................................................................................... 11

6.1. INTRODUCCION ................................................................................................................... 11

6.2. DIBUJANDO LA RED ............................................................................................................. 11

6.3. INTRODUCIENDO DATOS ..................................................................................................... 11

6.3.1. NUDOS ............................................................................................................................. 12

6.3.2. TUBERAS ......................................................................................................................... 14

6.3.3. EMBALSES ........................................................................................................................ 15

6.3.4. DEPOSITOS ...................................................................................................................... 15

6.3.5. VLVULAS ........................................................................................................................ 15

6.3.6. BOMBAS .......................................................................................................................... 16

7. EJECUTANDO EL MODELO ........................................................................................................... 17

8. RESULTADOS ............................................................................................................................... 18

8.1. TABLAS................................................................................................................................. 18

8.2. INFORME COMPLETO .......................................................................................................... 20

9. ANLISIS EN PERIODO DE TIEMPO EXTENDIDO .......................................................................... 21


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9.1. PATRON DE CURVA DE DEMANDA ...................................................................................... 21

9.2. CALIDAD DE AGUAS ............................................................................................................. 24

9.2.1. CONCENTRACIN DE CLORO ........................................................................................... 24

9.2.2. TIEMPO DE PERMANENCIA DEL CLORO .......................................................................... 25

10. EJERCICIOS ............................................................................................................................... 26

10.1. EJERCICIO N1- ANLISIS EN RGIMEN PERMANENTE ................................................... 26

10.1.1. MODELACIN SITUACIN ACTUAL ............................................................................. 27

10.1.2. MODELACIN SITUACIN FUTURA SIN PROYECTO .................................................... 31

10.1.3. MODELACIN SITUACIN FUTURA CON PROYECTO .................................................. 32

10.1.3.1. ALTERNATIVA N1 INSTALACIN REFUERZOS ...................................................... 32

10.1.3.2. ALTERNATIVA N2 SISTEMA BOOSTER (BOMBA) ................................................. 33

10.2. EJERCICIO N2 .................................................................................................................. 36

10.2.1. CURVA PATRON DE DEMANDA ................................................................................... 36

10.2.2. MODELACIN PERIODO EXTENDIDO .......................................................................... 38

10.2.3. MODELACIN CALIDAD DE AGUAS ............................................................................. 42


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1. PRESENTANDO EPANET Epanet es un programa sencillo de clculo de redes, con un estilo visual fcil de

entender y un funcionamiento intuitivo. Este programa fue desarrollado por la

Agencia Norteamericana de Medioambiente (EPA). A continuacin se muestra una

imagen del programa.

La gran sencillez de su uso ha contribuido a su gran popularidad, esto se suma al

carcter de distribucin gratuito que tiene.

2. INFORMACIONES PRCTICAS

2.1. DESCARGA DEL PROGRAMA Y SU MANUAL

USEPA (INGLS): U. S. Environmental Protection Agency

- PROGRAMA: http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet/EN2setup.exe

- MANUAL: http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet/EN2manual.PDF

AGUAS DE VALENCIA (ESPAOL):

- PROGRAMA:

http://www.instagua.upv.es/Epanet/descargas/Epanet2vE_2.00.12.exe

- MANUAL:

http://www.instagua.upv.es/Epanet/descargas/ManualEPANETv2E.pdf


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2.2. AYUDA EN MICROSOFT VISTA Y POSTERIORES

En los sistemas operativos Windows Vista y Windows 7 no sern visibles los archivos

de ayuda, esto debido a que no se incluye el programa de ayuda winhlp32.exe en la

distribucin. Para visualizar los archivos sin cambiar de sistema operativo, puedes

descargar e instalar el archivo desde la web de Microsoft desde el siguiente link:

DESCARGA: http://support.microsoft.com/kb/917607/es

2.3. QUE PODRAS HACER EN EPANET

Principalmente Epanet lo utilizars para lo siguiente:

Determinar que tuberas y de que dimetro a instalar.

Determinar las mejoras y/o ampliaciones que necesita una red.

Determinar donde instalar los Estanques, vlvulas de sectorizacin y

reductoras, sistemas presurizados.

Mayor detalle de las prestaciones estn incluidas en el Manual del Programa.

3. LOS OBJETOS EN EPANET

En Epanet tendremos 6 tipos fundamentales de objetos que intervienen en una red.

Con estos objetos se dibuja y se hace funcionar la red. Estos Objetos son:

NUDO CONEXIN: 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. En los nudos es conocida la demanda y desconocida la presin.


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EMBALSE: El embalse acta de sumidero o fuente de agua. Su volumen no

vara por las entradas o salidas de agua, es decir, su tamao es muy grande

en comparacin con el sistema. Se caracterizan mediante una altura total.

Se recomienda para modelaciones de estanques considerar como Altura

Total la cota de agua ms desfavorable en el estanque.

DEPSITO: El depsito es un nudo con capacidad limitada de almacenar

agua. Para la modelacin de estanques se sugiere siempre utilizar Embalses.

TUBERA: La tubera es la que transporta el agua desde una parte a otra del

sistema. Epanet siempre asume que 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 energa que tiene el

agua en virtud de su altura o presin por friccin del agua con las paredes de

la tubera.

BOMBAS: Las bombas se recomienda usarlas en casos sumamente

necesarios. Su uso ms comn es en la modelacin de Sistemas Booster o

Planta de Bombeo Paquetizada (PBP).

VLVULAS: Existen diversos tipos de vlvulas que permite modelar Epanet,

como:

- Vlvula Reductora: Disminuye la presin aguas abajo.

- Vlvula Sostenedora: Mantiene la presin Aguas Arriba.

- Vlvula Rotura de Carga: Fuerza una cada determinada de presin.

- Vlvula Limitadora de Caudal.

- Vlvula Reguladora (por estrangulacin): simulan una vlvula parcialmente

cerrada.

- Vlvula Propsito General: El comportamiento lo programa el usuario.


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4. RECOMENDACIONES PARA AHORRAR TIEMPO

4.1. DIBUJO DE REDES CON PRESICIN

Existen dos modos de realizar el trazado de redes, con el modo longitud automtica

encendido o apagado. Si nos encontramos trabajando con el modo apagado lo que

en realidad estamos realizando es un croquis de la red al que se introducen las

longitudes tubera por tubera. Para efectos de dibujo a Epanet le da igual lo

meticuloso que hayas sido. A continuacin se muestran dos redes, las cuales las

calcula igual si tienen la misma longitud en cada tubera.

4.2. NO SOBRECONSTRUIR EL MODELO

No se debe perder la visin general de que lo que se est realizando es un modelo,

no la realidad. Se trata de realizar el modelo ms simple posible que represente

adecuadamente lo que va a pasar. Se puede en casos especficos representar con

mayor detalle ciertos sectores en los cuales se tenga un inters especial.

4.3. ETIQUETAR TUBERIAS Y NODOS

Epanet asigna un nmero de tubera y nodo consecutivo a medida que se agregan

elementos. Insistir que estos elementos atiendan a una determinada lgica es muy

mala idea. Durante el proceso de diseo borraremos y crearemos muchas tuberas

y nodos, actualizar la identificacin de cada elemento es una tarea que nos quitar

tiempo.

4.4. GUARDAR EL MODELO BASE

Una vez introducido todos los datos topogrficos, tuberas, nudos, etc., gurdalo

como archivo base y trabaja sobre una copia. Sobre todo en mejoramientos de

redes existentes, ya que despus de trabajar un modelo durante un tiempo sin

resultados, ya no se sabr que es lo original y que ha sido cambiado.


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4.5. CONFIGURAR VALORES POR DEFECTO

Se recomienda configurar valores por defecto para las longitudes, dimetros,

rugosidad tuberas, unidades de caudal, formula de prdidas por friccin, entre

otros. Para ello haz clic en pestaa Proyecto y en el men que se despliega

selecciona Valores por Defecto.

En la pestaa Opciones Hidrulicas se

sugiere colocar en Unidades de Caudal:

LPS (Litros por Segundo), esta accin

implica que las unidades de distintos

parmetros sern como se muestra a

continuacin:

Caudal: litros/segundo.

Presin: metros columna de agua (m.c.a.).

Dimetros: milmetros.

Longitudes: metros.

Cotas: metros.

La Ecuacin de Prdidas ms utilizada en Chile corresponde a la Ecuacin de Hazen-

Williams (H-W), por lo que se recomienda usar sta en la configuracin del sistema.

En la pestaa propiedades se podr configurar las propiedades por defecto de las

tuberas que se crearn.

En la pestaa Etiquetas ID se puede colocar prefijos a los distintos elementos de

Epanet, los prefijos se pueden configurar en cualquier momento del proyecto.


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5. HERRAMIENTAS BSICAS

5.1. EDITAR POR REGIONES

Si se requiere cambiar por ejemplo la rugosidad de las tuberas de 150 a 120, no es

necesario ir tubera por tubera, se pueden editar regiones:

1. Sigue la ruta > Editar / Seleccionar Regin. Observars que el cursor

cambia a una cruz.

2. Envuelve los objetos que quieras cambiar pinchando puntos sucesivos

que sern lo vrtices del rea de seleccin. La manera de cerrar el

polgono de seleccin es pulsar la tecla Enter y la de empezar de nuevo

es la tecla Esc.

3. Una vez cerrado el polgono de seleccin, pincha la pestaa Editar y en el

men que se despliega selecciona Editar Grupo.

4. En la ventana emergente se muestran las opciones disponibles de

edicin de la regin seleccionada. Las opciones son bastante intuitivas y

fciles de modificar.

5.2. HACER COINCIDIR ESCALA DE LEYENDAS CON CRITERIOS DE

DISEO

Si como criterio de diseo se ha establecido que la presin dinmica debe estar

entre los 15 [m.c.a.] y los 60 [m.c.a.], es posible ajustar los lmites de las

coloraciones de las leyendas para visualizar de mejor forma los sectores o

elementos en particulares que se escapan de los criterios requeridos.

Una vez que el programa se ejecuta podremos visualizar distintas leyendas en la

ventana principal del programa (Plano de la Red):


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En la pestaa Plano de la ventana Visor se puede modificar la informacin que se

desea visualizar en pantalla. Po ejemplo en la imagen que se muestra a

continuacin en los Nudos se est visualizando la Presin y en las Lneas se visualiza

el Dimetro. Luego haciendo clic con el boton derecho del mouse sobre alguna

leyenda se desplegar la ventana Editor de Leyenda en la cual se podrn modificar

lmites y opciones de colores en la visualizacin de la leyenda que se esta editando.


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6. ENSAMBLANDO EL MODELO

6.1. INTRODUCCION

En este captulo se construye el modelo. Se empieza dibujando y luego se van

aadiendo datos.

6.2. DIBUJANDO LA RED

Existen tres objetos bsico con los cuales se dibuja el croquis del modelo, Los nodos

o conexiones, las tuberas y los embalses.

Existen objetos que se pueden dibujar independientemente como los embalses,

Depsitos y nodos. El resto de los elementos requieren ser dibujados asociados a

dos objetos independientes, por ejemplo una tubera debe ser dibujada desde un

embalse a un nodo entre dos nodos, lo mismo requieren las vlvulas y bombas.

Todos lo objetos se insertan en el modelo haciendo clic sobre el icono respectivo y

luego haciendo clic en la pantalla en el lugar deseado.

Existe la posibilidad de Cargar una imagen de fondo para trazar sobre ella el croquis

del modelo. Para ello se debe hacer clic en la pestaa Ver y en el menu que se

desplega seleccionar Fondo de Pantalla / Cargar y se selecciona el archivo de

imagen deseado.

6.3. INTRODUCIENDO DATOS

Una vez que tenemos dibujada la red, es hora de introducir los datos que requieren

los distintos elementos.

Al hacer doble clic sobre el objeto se abre una ventana de dilogo con sus

propiedades. En la ventana se introducen algunos y se leen otras, es decir, solo


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podrs modificar algunas de ellas. Con un asterisco estn los datos mnimos

necesarios del objeto.

6.3.1. NUDOS

A continuacin se presenta la ventana de dilogo completa de un nudo, con

todas sus propiedades.

Los datos que se han encerrado en

Verde se pueden modificar, pero toman

valores automticamente al dibujar el

objeto, salvo para la descripcin y la

etiqueta, que sirven exactamente para lo

que se refieren.

Los datos que se han encerrado en Azul

corresponden a los que es necesario

ingresar la informacin.

Los datos que se han encerrado en Rojo,

son datos que vienen del clculo, es

decir, son datos que se leen.

El ingreso de la cota no tiene mayor

complejidad que extraer esta

informacin de la topografa requerida.

La Demanda Base de cada nodo es Base debido a que existe la posibilidad de

aplicar un factor de multiplicacin para variar la totalidad de las demandas de

cada nodo.

As, si estamos alimentando la red de distribucin desde un estanque de

regulacin (Embalse en modelo Epanet), la demanda total estar definida por

el Caudal Mximo horario de la localidad.

Para redes de agua potable existentes siempre que se realice una modelacin se

necesitar realizar una evaluacin de la situacin actual, situacin futura sin

ninguna intervencin y situacin futura con proyecto de mejoramiento. Debido

a lo anterior es que los caudales mximo horarios variarn para los diferentes

perodos.

Si se ingresa como demanda en cada nodo el caudal total pero distribudo en

funcin de la cantidad de casas que aportan a cada nodo, por ejemplo, se


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obtendr finalmente en la sumatoria de las demandas base el Caudal Mximo

Horario Total. Si se quiere realizar la modelacin con un Caudal Mximo

Horario diferente, se tendra que ingresar nodo por nodo nuevamente el caudal

distribuido de acuerdo a la cantidad de casas. Cuando es relativamente grande

la cantidad de nodos podriamos facilmente estar un dia completo ingresando

nuevamente los caudales nodo por nodo.

La solucin para esto es ingresar como demanda base en cada nodo la cantidad

de casas que aportan a ste, por lo que aplicando un factor de demanda como

veremos a continuacin se puede modificar el caudal total en un simple paso.

En la ventana Valores por Defecto descrita anteriormente en la pestaa

Opciones hidrulicas se puede modificar el valor del Factor de demanda.

Por Ejemplo, si tenemos la siguiente informacin.

Cantidad de Casas en Localidad = 150

Caudal Mximo Horario 2012 = 15 [l/s]

Caudal Mximo Horario 2033 = 30 [l/s]

Factor de Demanda para Sit. Actual = 15 [l/s/casa] = 0,1 [l/s/casa]

150

Factor de Demanda para Sit. Actual = 30 [l/s/casa] = 0,2 [l/s/casa]

150

Por lo tanto, se deben ingresar los factores de demanda respectivos en cada

situacin modelada.


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6.3.2. TUBERAS

La introduccin de los datos de las tuberas es mucho ms sencilla.

Los tres primeros parmetros los coloca

automticamente Epanet. Aunque se pueden

modificar.

Los datos que son necesarios ingresar para

cada tubera son la Longitud, Dimetro y

Rugosidad.

El Dimetro a ingresar ser el dimetro

interno de la tubera a instalar en milimetros.

La Rugosidad corresponde al Coefficiente de

Hazen-Williams de acuerdo al material de la

tubera a instalar, usualmente para tuberas

de PVC la rugosidad es de 150, Acero 120 y

HDPE de 150.

Las ltimas 7 filas desde Caudal hasta Estado

corresponden a resultados del proceso de

modelacin y solo se pueden leer.

El Estado Inicial es posible de configurar

como:

Abierto: La tubera permite circulacin de flujo en ambos sentidos. Si

aparece un caudal negativo lo unico que quiere decir es que la tubera se

dibuj en sentido inverso al del flujo del agua, para solucionar esto hacer

clic con boton derecho del mouse sobre el objeto y seleccionar en menu

desplegable Invertir, luego hacer correr el programa nuevamente para

actualizar datos.


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Cerrado: La tubera no permite circulacin de flujo (Q = 0 [l/s]).

V. Retencin: La tubera permite circulacin de flujo en un solo sentido,

si el flujo del modelo da como resultado en sentido contrario al de cmo

se dibuj la tubera entonces el caudal resultante ser cero.

6.3.3. EMBALSES

Para los embalses la unica informacin

necesaria de ingresar es la Altura Total, sta es

la altura a la que est la superficie del agua.

Para el modelo de estanques de regulacin se

recomienda considerar esta altura como la ms

desfavorable, es decir, que el estanque se

encuentra con solo 1 metro de altura de agua.

Por lo tanto, la Altura Total a ingresar ser la

cota de radier del estanque ms 1 metro.

6.3.4. DEPOSITOS

La modelacin de depsitos presenta un problema en particular, asume que el

llenado de los estanques se realiza por debajo de ste, por lo que la bomba no

tendr una altura fija de bombeo variando el caudal, lo que no permitir realizar

un anlisis comparativo de caudales entrantes y salientes desde el estanque.

6.3.5. VLVULAS

Las Vlvulas de corta y las de retencin se modelan como una propiedad de la

tubera. No hay un objeto que las represente sino una propiedad dentro del

objeto tubera. La manera de cerrar una tubera o poner una vlvula de

retencin es modificando la propiedad Estado Inicial entre los valores Abierta,

Cerrada o V. Retencin, que solo permite el flujo en una direccin.

El objeto vlvula como tal no es recomendable de colocar, basado en su costo y

disponibilidad en el mercado.


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En los sistemas rurales como urbanos no es comun encontrar una diversidad de

vlvulas, las ms comunes son las de corta cierre elastomrico y en algunos

casos la reductora de presin. Es necesario mencionar que para sistemas que

presentan grandes diferencias en cota existen dos alternativas para controlar las

presiones, la primera es colocar cmaras corta presin y la segunda es la

instalacin de vlvulas reductoras de presin las cuales no inhabilitan dar

factibilidades aguas abajo de sta como s lo hacen las cmaras.

Para las vlvulas Reductoras en el modelo solo es necesario el ingreso del valor

de consigna el cual representa el valor de presin aguas abajo de la vlvula.

6.3.6. BOMBAS

Si bien no es comun que en las redes de distribucin se instalen bombas,

cuando existen zonas de pocas viviendas a las cuales no es posible proporcionar

una presin adecuada es posible la instalacin de una Planta de Bombas

Paquetizada (PBP) tambin llamada sistema Booster, en el cual por medio de

un variador de frecuencia se puede mantener la presin aguas abajo de la

bomba de manera constante.

Lo primero ser crear la Curva Caracterstica de la Bomba, para esto hacemos lo

sigiente:

- En la Ventana Visor y en la pestaa Datos, seleccionamos Curvas.

- Una vez seleccionada la opcion Curvas, clic en icono (Aadir).

- Emerger la Ventana Editor de Curva, en la cual ID Curva ser el nombre

de la Curva definida.

- Se debern ingresar el punto de funcionamiento (Caudal, Altura) de

labomba y automticamente en la lnea Ecuacin se mostrar la curva de

ecuacin de segundo grado de comportamiento.


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Luego en las propiedades de la bomba se debe ingresar en Curva Caracterstica

el ID Curva creado.

7. EJECUTANDO EL MODELO

Una vez que hemos ingresado la totalidad de los datos de los objetos que se han

aadido al modelo es hora de ejecutar el software. Para esto debemos hacer clic en

el icono Iniciar Anlisis en la barra de comandos.


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8. RESULTADOS

Lo que primero observaremos una vez ejecutado el anlisis es una ventana

emergente Estado de Inicio, la cual mostrar si La simulacin se produjo con

xito o si Se generaron mensajes de Advertencia. Ver Informe de Estado para

ms detalles.

8.1. TABLAS

Se puede revisar el Informe de Nudos y de Lneas, para esto se debe hacer clic en el

botn Tablas , en aparecer una ventana emergente llamada Seleccin de

Tabla:


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En sta ventana, en la pestaa Tipo se debe escoger el tipo de tabla requerido,

luego de seleccionar el Tipo en la pestaa Columnas se debe seleccionar que datos

se desean mostrar, luego de lo cual obtendremos la tabla con los resultados

deseados.

Para trabajar con estos resultados se recomienda exportarlos a Microsoft Excel,

para esto se debe hacer clic en la esquina superior izquierda de la ventana Tabla de

Red, especficamente donde dice ID Nudo ID Lnea, luego en la pestaa Editar

/ Copiar a / Portapapeles, luego se puede pegar en MS Excel.


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8.2. INFORME COMPLETO

Se puede obtener un informe completo de los resultados de la modelacin en la

pestaa Informe / Completo, el cual guardar un Informe en formato RPT el cual

puede ser abierto con cualquier procesador de textos (MS Word).


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9. ANLISIS EN PERIODO DE TIEMPO EXTENDIDO

Cuando se desea realizar un anlisis en perodo de tiempo extendido es posible

determinar presiones en nudos en distintos perodos del da, como tambin

parmetros de calidad del agua.

Lo que primero realizaremos es prolongar la Duracin Total de anlisis, ya que por

defecto el programa trae una duracin de 0 Hrs (Anlisis Instantneo), para esto en

Ventana Visor, pestaa Datos seleccionar en men desplegable Opciones, luego

Tiempo y clic en Editar .

En Ventana Opciones de Tiempo cambiaremos La Duracin Total a 24 Horas.

Para realizar este tipo de anlisis es necesario el ingreso de un patrn de curva de

demanda, el cual describiremos a continuacin.

9.1. PATRON DE CURVA DE DEMANDA

Para el ingreso de esta curva es necesario tomar datos de terreno, los cuales

correspondern a los volumenes parciales medidos en un macromedidor a la salida

del estanque de regulacin.

Para facilitar el entendimiento lo desarrollaremos con un ejemplo:

Lo primero ser realizar como dijimos anteriormente mediciones en terreno, se

registrarn los consumos por franja horaria


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HoraConsumo

[lts]

Factor

Multiplicativo

0:00 1,800 0.20

1:00 700 0.08

2:00 200 0.02

3:00 300 0.03

4:00 500 0.06

5:00 1,200 0.13

6:00 3,000 0.34

7:00 8,000 0.90

8:00 15,000 1.68

9:00 12,000 1.35

10:00 6,000 0.67

11:00 5,000 0.56

12:00 16,000 1.80

13:00 23,000 2.58

14:00 32,000 3.59

15:00 25,000 2.81

16:00 11,000 1.24

17:00 7,000 0.79

18:00 8,000 0.90

19:00 9,000 1.01

20:00 10,000 1.12

21:00 9,000 1.01

22:00 7,000 0.79

23:00 3,000 0.34

Total 213,700

Consumo Medio

Horario [Lts/Hr]8,904

Sumando los consumos parciales se puede

obtener el consumo total del dia, el cual

dividiendo por 24 Horas se obtiene el Consumo

Medio Horario (8.904 [Lts/Hr]

Luego para obtener un factor multiplicador de

cada hora se divide el consumo de cada franja

horaria por el consumo medio horario.

Luego se debe ingresar la Curva Patron en Epanet,

para esto en Ventana Visor, pestaa Datos y en

menu desplegable seleccionar Patrones se debe

Aadir un nuevo Patron.

Luego el identificador del Patron ser para este caso 1, en Perodo se deben

ingresar los factores multiplicativos obtenidos anteriormente. Se desplegar una

grfica automtica en la cual se muetra en grfico de barras los valores ingresados.

Luego Aceptamos y ya tenemos definido el Patron de curva de demanda.


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Para definir que la demanda de cada nodo se comporte segn el patron de

demanda creado deberemos editar todo el grupo y seleccionar reemplazar / Patron

de Demanda con 1.

Con esto ya se puede hacer correr el programa para actualizar las configuraciones

realizadas.

Para visualizar los resultados de la modelacin en perodo extendido en la Ventana

Visor y en la pestaa Plano, al hacer clic en el botn Forward se podr ver las

variables como cambian a travez del da.


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9.2. CALIDAD DE AGUAS

Con respecto a la calidad de aguas se pueden definir dos anlisis como los ms

importantes. El primero es la concentracin de cloro residual cuya objetivo de

modelar es descubrir la necesidad de cloradores secundarios, detectar puntos de

excesiva concentracin que pudiera ocacionar el rechazo de los consumidores y

orientar a los operadores hacia cuales son las concentraciones de funcionamiento.

El Segundo es el tiempo de permanencia. Para realizar un anlisis de calidad de

aguas es necesario tener un Patron de demandas asignado a los nodos del modelo.

9.2.1. CONCENTRACIN DE CLORO

El agua debe contener una cantidad residual de cloro de 0,2 0,6 ppm. El cloro se

consume debido a dos causas principales.

La primera causa es cuando se encuentra en contacto con la materia orgnica del

agua. Para describir la velocidad en la que se descompone se usa el Coeficiente de

Reaccin en el Medio, que se calcula mediante la comparacin de dos medidas

suficientemente espaciadas en el tiempo.

La segunda causa es cuando est en contacto con la pared de la tubera. Este

Coeficiente de Reaccin en la Pared es muy dificil de determinar. Sin Embargo, si

se utilizan tubera plsticas, como frecuentemente es el caso, es 0.

Una vez que se determina el Coeficiente de Reaccin en el Medio ( Coef. Flujo en

Epanet), se debe definir para la totalidad de las tuberas este valor. Para esto

modificaremos las propiedades de la totalidad de las tuberas en Editar Grupo. El

Coeficiente de Reaccin en la Pared lo dejaremos como cero asumiendo que se

estn utilizando tuberas plsticas.

Luego ser necesario configurar las opciones de calidad, para esto en la ventana

Visor/ pestaa Datos /Opciones / Calidad y clic en boton Editar , emerger la

ventana Opciones de Calidad en la cual se debe seleccionar en Parmetro

Qumico.


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Ahora es tiempo de aadir la fuente de cloro. Pincha sobre el Embalse e introduce

las ppm de cloro en la Propiedad de Calidad Inicial.

Estamos en condiciones de hacer correr el programa para actualizar las

configuraciones.

Para visualizar los resultados de la modelacin en perodo extendido en la Ventana

Visor y en la pestaa Plano, al hacer clic en el botn Forward se podr ver las

variables como cambian a travez del da.

9.2.2. TIEMPO DE PERMANENCIA DEL CLORO

Es importante observar en la red el tiempo de contacto del cloro con el fluido, ya

que si es inferior a 0,5 Hrs se podra considerar como un tiempo bajo y si es superior

a 24 horas se podrian detectar zonas de estancamiento.

Para ver los resultados de los tiempos de permanencia del cloro deberemos cambiar

en la ventana Opciones de Calidad el Parmetro a Tiempo de Permanencia, luego

en Ventana Visor y pestaa Plano debemos seleccionar en Nudos la opcin Tiempo

de Permanencia.


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10. EJERCICIOS

A continuacin se desarrollan 2 ejercicios enfocados a diferentes situaciones que se

pueden presentar en sistemas de Agua Potable en Zonas Urbanas como Rurales.

10.1. EJERCICIO N1- ANLISIS EN RGIMEN PERMANENTE

El presente ejercicio trata los aspectos bsicos de redes de distribucin, incluye

objetos como nudos, tuberas y embalses.

El objetivo de este ejercicio es mostrar las capacidades bsicas del software

realizando un anlisis esttico, dibujo de la red, mostrar resultados, anlisis de

resultados y posibles errores en la ejecucin del modelo.

ANTECEDENTES:

Para cierta localidad se encuentra en ejecucin el Diseo de un Proyecto de

Mejoramiento de las Redes de Agua Potable, para lo cual se realiz una encuesta de

la cual se pudieron obtener la proyeccin de poblacin y caudales para un perodo

de previsin de 20 aos:

Viviendas (2012) = 190.

Caudal Mximo Horario (2012) = 10 [l/s]

Caudal Mximo Horario (2032) = 15 [l/s]

Se tiene la siguiente configuracin como esquema:

(Ver Ejercicio N1-a.net en CD Curso)


27 | P g i n a

En la figura anterior se puede observar el trazado de una red de distribucin con un

embalse, nudos y tuberas, los objetos cada uno tiene su ID que se muestra en el

esquema.

Se solicita realizar la modelacin de las redes para la situacin actual, futura sin

proyecto y futura con proyecto, dentro de las alternativas de solucin considerar

como primera alternativa refuerzos en la red y como segunda alternativa la

instalacin de un Sistema Booster.

Se debern ingresar los siguientes datos como propiedades de nudos, tuberas y

embalse:

10.1.1. MODELACIN SITUACIN ACTUAL

Para modelar la situacin actual de la localidad, ya que ingresamos el numero de

viviendas por nudo, ser necesario ingresar el factor de demanda para configurar el

modelo con el caudal mximo horario actual (ao 2012).

El factor de demanda se calcula de la siguiente forma:

Ingresando el Factor en Pestaa Proyecto / Valores por Defecto / Opciones

Hidrulicas, ya estamos en condiciones de hacer correr el programa .

Cota Demanda Base Longitud Dimetro

[m] [LPS] [m] [mm]

Conexin 2 70 5 Tubera 1 10 102.26 150

Conexin 3 72 10 Tubera 2 120 188.2 150

Conexin 4 76 4 Tubera 3 1000 70.6 150

Conexin 5 78 15 Tubera 4 130 150.6 150

Conexin 6 65 6 Tubera 5 90 70.6 150

Conexin 7 72 17 Tubera 6 140 150.6 150

Conexin 8 76 5 Tubera 7 250 150.6 150

Conexin 9 74 5 Tubera 8 90 70.6 150

Conexin 10 78 12 Tubera 9 195 103.6 150

Conexin 11 79 10 Tubera 10 120 70.6 150

Conexin 12 76 12 Tubera 11 205 70.6 150

Conexin 13 66 25 Tubera 12 450 150.6 150

Conexin 14 62 19 Tubera 13 75 150.6 150

Conexin 15 60 20 Tubera 14 200 70.6 150

Conexin 16 55 25 Tubera 15 370 70.6 150

Conexin 17 70 0 Tubera 16 20 102.26 150

Embalse 1 91

ID Nudo ID Tubera Rugosidad


28 | P g i n a

Para revisar los resultados observaremos la pantalla del programa y mostrando en

los nudos las presiones y en tuberas los caudales.

Se puede observar que en los nudos n8, 10, 11 y 12 presentan presiones con

valores bajo 15 [m.c.a.] pero sobre los 8 [m.c.a.], por lo que se podra suponer que

la capacidad de las tuberas para ese sector estaran limitadas en cuanto a

factibilidades de suministro para loteos o cantidades considerables de viviendas.

Podemos observar los resultados mediante tablas, para esto hacemos clic en

pestaa Informe / Tablas, en la ventana emergente Seleccin de la Tabla,

seleccionamos en la pestaa Tipo / Nudos de la Red y en la pestaa Columnas /

seleccionamos los items que se muestran en la figura adjunta.


29 | P g i n a

Seleccionamos Clasificado por Presin y obtenemos la siguiente Tabla:

Realizamos lo mismo para la Tabla de Lineas de la Red:

Obteniendo la Tabla de Lineas, que contiene tanto las propiedades de las tuberas

como los resultados obtenidos de la modelacin.


30 | P g i n a

De los resultados de Nudos se puede inferir que la presin dinmica mnima ocurre

en el nudo 11 con un valor de 11,32 [m.c.a.] y la presin dinmica mxima ocurre en

el nudo 16 con un valor de 34,68 [m.c.a.]. La presin esttica mxima se producir

entre el nivel de aguas mximas del estanque y el nudo con menor cota, para este

caso la cota de radier del estanque se definio en 90 [m], el nivel de aguas mximas

ser de 93,5 [m] y la cota del nudo ms bajo es de 55[m], por lo que la presin

mxima esttica sera de 93,5 55 = 38,5 [m]


31 | P g i n a

10.1.2. MODELACIN SITUACIN FUTURA SIN PROYECTO

(Ver Ejercicio N1-b.net en CD Curso)

A continuacin se modelar la situacin futura (ao 2032) sin realizar ningun

mejoramiento en la red y suponiendo que la poblacin creci de manera

proporcional a las viviendas existentes, pero considerando un loteo de 40 viviendas

en nudo N10 del modelo. Lo anterior nos permite definir las mejoras necesarias

para las demandas futuras de la localidad.

Ser necesario ingresar el Factor de Demanda para el caudal mximo horario del

ao 2032, tenemos:

Ingresando el Factor en Pestaa Proyecto / Valores por Defecto / Opciones

Hidrulicas, ya estamos en condiciones de hacer correr el programa .

Revisamos los resultados observando la pantalla del programa y mostrando en los

nudos las presiones y en tuberas las Prdidas Unitarias. Obtenemos:


32 | P g i n a

De los resultados podemos inferir que las presiones para el ao 2032 son

insuficientes para las viviendas conectadas al nudo n11 y las viviendas conectadas a

los nudos n4, 5, 8, 9, 10 y 12 tendrn una presin entre los 8 y 15 [m.c.a.] la cual no

se recomienda suministrar,pero son aceptadas por la normativa de Agua Potable

Rural.

Se puede observar que las prdidas en las tuberas aumentaron siendo las tuberas

n1 y 16 las que presentan mayores prdidas en [m/Km.] pero al ser de corta

longitud no son considerables en el modelo. La tubera n9, 10 y 11 presentan

prdidas superiores a 9 [m.c.a.] por lo que del anlisis se deber realizar algun

mejoramiento en ellas.

Ls presiones dinmicas mnimas se presentan en nudo n11 con un valor de 5,47

[m.c.a.], la presin dinmica mxima en nudo n16 con un valor de 32,83 [m.c.a.] y

la esttica se mantiene igual que la situacin actual con un valor de 38,5 [m.c.a].

10.1.3. MODELACIN SITUACIN FUTURA CON PROYECTO

10.1.3.1. ALTERNATIVA N1 INSTALACIN REFUERZOS

(Ver Ejercicio N1-c.net en CD Curso)

A continuacin se modelar la situacin futura (ao 2032) realizando

mejoramientos en la red de distribucin.

El Factor de Demanda es el mismo que se utiliz en la Situacin Futura sin proyecto.

Se proponen los siguientes mejoramientos:

ID Lnea Longitud Dimetro

Rugosidad [m] [mm]

Tubera M-1 130 103.6 150

Tubera M-2 140 103.6 150

Tubera M-3 250 103.6 150

Tubera M-4 195 150.6 150

Tubera M-5 120 150.6 150

Con estos cambios el modelo queda de la siguiente forma:


33 | P g i n a

De los mejoramientos realizados; paralelismo en 520 [m] de tubera PVC c/6 D=110

[mm] y paralelismo en 315 [m] de tubera PVC c/6 D=160 [mm].

Con los cambios realizados se pudo mejorar la presin mnima dinmica desde 5,47

[m.c.a.] a 9,64 [m.c.a.] mejorando en 4,17 [m.c.a.] la presin en el nudo n11.

10.1.3.2. ALTERNATIVA N2 SISTEMA BOOSTER (BOMBA)

(Ver Ejercicio N1-d.net en CD Curso)

A continuacin se modelar la situacin futura (ao 2032) instalando un sistema

booster en la red de distribucin.

El Factor de Demanda es el mismo que se utiliz en la Situacin Futura sin proyecto.

El sistema booster se considera conectado directamente a la red de distribucin, si

se analiza la situacin futura sin proyecto se puede observar que para el sector que

se encuentra despus del nudo n8 las presiones no satisfacen los requerimientos

es por esto que se definir el sistema booster conectado a continuacin de este

nudo.


34 | P g i n a

Se debe crear la Curva Caracterstica de la bomba. Para esto en Ventana Visor /

pestana Datos y seleccionar en menu desplegable la opcin Curvas, luego Aadir e

ingresar informacin de curva bomba.

Luego en propiedades de el Objeto Bomba, definir como 1 la Curva caracterstica

del Objeto. Estamos en condiciones de Correr el Programa .

Los Resultados los podemos revisar en la pantalla del programa.


35 | P g i n a

Las presiones aguas abajo del sistema booster estn determinadas por la bomba

que se especifique, se puede instalar un variador de frecuencias con el cual fijar la

presin como una constante.


36 | P g i n a

HoraConsumo

[lts]

Factor

Multiplicativo

0:00 1,800 0.20

1:00 700 0.08

2:00 200 0.02

3:00 300 0.03

4:00 500 0.06

5:00 1,200 0.13

6:00 3,000 0.34

7:00 8,000 0.90

8:00 15,000 1.68

9:00 12,000 1.35

10:00 6,000 0.67

11:00 5,000 0.56

12:00 16,000 1.80

13:00 23,000 2.58

14:00 32,000 3.59

15:00 25,000 2.81

16:00 11,000 1.24

17:00 7,000 0.79

18:00 8,000 0.90

19:00 9,000 1.01

20:00 10,000 1.12

21:00 9,000 1.01

22:00 7,000 0.79

23:00 3,000 0.34

Total 213,700

Consumo Medio


10.2. EJERCICIO N2

El presente ejercicio estar enfocado en modelar redes de distribucin en perodo

extendido. Tomaremos como base para trabajo la situacin actual del Ejercicio N1-

a.

10.2.1. CURVA PATRON DE DEMANDA

ANTECEDENTES

Se cuenta con lecturas de un macromedidor a la salida de un estanque que abastece

a una localidad, segn la siguiente tabla:

PREGUNTA:

Determinar los factores para la curva patron de demanda

del programa Epanet.

SOLUCIN: (Ver Ejercicio N2-a.net)

(Ver Ejercicio N2.net en CD Curso)

Sumando los consumos parciales se puede obtener el

consumo total del dia, el cual dividiendo por 24 Horas se

obtiene el Consumo Medio Horario (8.904 [Lts/Hr]

Luego para obtener un factor multiplicador de cada hora se

divide el consumo de cada franja horaria por el consumo

medio horario.

Luego se debe ingresar la Curva Patron en Epanet, para esto

en Ventana Visor, pestaa Datos y en menu desplegable

seleccionar Patrones se debe Aadir un nuevo Patron.


37 | P g i n a

HoraConsumo

[lts]

Factor

Multiplicativo

0:00 1,800 0.20

1:00 700 0.08

2:00 200 0.02

3:00 300 0.03

4:00 500 0.06

5:00 1,200 0.13

6:00 3,000 0.34

7:00 8,000 0.90

8:00 15,000 1.68

9:00 12,000 1.35

10:00 6,000 0.67

11:00 5,000 0.56

12:00 16,000 1.80

13:00 23,000 2.58

14:00 32,000 3.59

15:00 25,000 2.81

16:00 11,000 1.24

17:00 7,000 0.79

18:00 8,000 0.90

19:00 9,000 1.01

20:00 10,000 1.12

21:00 9,000 1.01

22:00 7,000 0.79

23:00 3,000 0.34

Total 213,700

Consumo Medio


Luego el identificador del Patron ser para este

caso 1, en Perodo se deben ingresar los factores

multiplicativos obtenidos anteriormente. Se

desplegar una grfica automtica en la cual se

muetra en grfico de barras los valores

ingresados. Luego Aceptamos y ya tenemos

definido el Patron de curva de demanda.


38 | P g i n a

10.2.2. MODELACIN PERIODO EXTENDIDO

PREGUNTA:

Configurar la modelacin del Ejercicio N1-a insertando la curva patron de

demandas realizadas y obteniendo las presiones mximas y mnimas dinmicas de

la red.

SOLUCIN: (Ver Ejercicio N2-a.net)

Debido a que la curva patron de demandas representa a un dia en particular, lo que

corresponde modelar es el da ms desfavorable del ao, por lo que se debe ajustar

la curva con el Caudal Mximo Diario.

De los anlisis estadisticos de la encuesta realizada en la misma localidad del

Ejercicio N1 se obtuvo el Caudal Mximo Diario para el ao 2012 el cual es de 6,67

[l/s]. Las viviendas actuales son 190.

Con los datos anteriores podremos calcular el Factor de Demanda:

Viviendas (2012) = 190.

Caudal Mximo Diario (2012) = 6,67 [l/s]

Una vez que ingresamos el Factor de Demanda en pestaa Proyecto / Valores por

Defecto / Opciones Hidrulicas, se deber cambiar el periodo de Duracin Total del

anlisis a 24 Horas, para esto en Ventana Visor / pestaa Datos / Seleccionar en

menu desplegable Opciones / Tiempo / Editar .


39 | P g i n a

El ltimo paso ser asignar a todos los nudos la curva patron de demandas creada,

para esto utilizaremos la opcin Editar Grupo. Como se revis en casos anteriores,

lo primero ser Seleccionar Todo (Pestaa Editar / Seleccionar Todo), luego

editaremos todo lo seleccionado (Pestaa Editar / Editar Grupo):

Ahora estamos en condiciones de hacer correr el programa para actualizar las

configuraciones realizadas.

En la pantalla del programa veremos los resultados de la modelacin a las 12:00

AM.


40 | P g i n a

Podremos ver el nudo con menor presin dinminca (que corresponde al nudo

n11), por lo que analizaremos el nudo 11 a lo largo del dia. Para esto veremos el

Informe en Tablas , donde seleccionaremos la opcin Evolucin Temporal del

Nudo y escribiremos nudo 11, en la pestaa columnas seleccionaremos solo el valor

de presin.


41 | P g i n a

Obtendremos los siguientes resultados:

Se puede observar que la Presin dinmica mnima que ocurre en el nudo n11 es

de 8,58 [m.c.a.] a las 14:00 Hrs.

Para obtener la presin dinmica mxima se realiza el mismo procedimiento pero

analizando el nudo n16, se podr concluir que el valor mximo de 36 [m.c.a.] se

produce entre las 2:00 y 4:00 AM.


42 | P g i n a

10.2.3. MODELACIN CALIDAD DE AGUAS

ANTECEDENTES:

Se ha tomado una muestra de agua del sondaje que alimenta el estanque del

ejercicio. Se ha colocado en un recipiente de cristal y se le ha aadido cloro hasta

una concentracin de 2 ppm. 36 horas ms tarde la concentracin era de 0,6 ppm.

PREGUNTA:

Cul es el Coeficiente de reaccin en el medio (Coef. Flujo en Epanet)de la muestra

tomada? Si agua con 1 ppm de cloro se deposita a las 12:00 AM en el estanque y

sta viaja hasta el nudo n11 A que hora se obtendr una concentracin de a los

menos 0,5 ppm en el nudo n11? Qu concentracin tendr el nudo n11 a las


43 | P g i n a

19:00 Hrs? Verifica que el tiempo de permanencia de una porcion de agua en la red

no supere las 24 horas.

SOLUCIN: (Ver Ejercicio N2-b.net)

Para calcular el Coeficiente de reaccin en el medio aplicaremos la frmula descrita

en capitulos anteriores:

Para determinar las distintas concentraciones de cloro residual en la red a lo largo

del da deberemos configurar las opciones de calidad, para esto en la ventana Visor/

pestaa Datos /Opciones / Calidad y clic en boton Editar , emerger la ventana

Opciones de Calidad en la cual se debe seleccionar en Parmetro Qumico.

Debemos ingresar el Coeficiente de Reaccin (Coef. Flujo en Epanet) a la totalidad

de las tuberias, esto lo realizaremos con la funcin Editar Grupo, en el cual

ingresaremos Coef. Flujo = -0,2378.

Luego en Ventana Visor /pestaa Plano / Nudos, seleccionaremos la opcn Qumico.

Haremos correr el programa y podremos mediante Informes / Tablas /

Evolucin Temporal del Nudo 11 ver los resultados de la modelacin.


44 | P g i n a

Podemos ver que solo a las 9:00 Hrs lleg el cloro al nudo n11, en una

concentracin de 0,98 ppm.

Los resultados se pueden visualizar graficamente en Informe / Grficos y

seleccionando los parmetros que se muestran en la figura adjunta, se obtendr la

grfica esperada.

Para aadir Nudos en Grfico se debe hacer clic en nudo en pantalla y luego pulsar

boton Aadir en Ventana Seleccin del Grfico.

Se obtendr la siguiente grfica:


45 | P g i n a

Para conocer el valor de la concentracin a las 19:00 Hrs podemos ver Informe de

Tablas / Nudos de la Red / 19:00 Hrs, obtendremos:

La concentracin de cloro a las 19:00 Hrs es de 0,97 [ppm] [mg/Lt].

Para verificar el tiempo de permanencia en la red se deben cambiar algunas

configuraciones. Debemos ir a Configurar el parmetro de calidad que queremos

analizar, para ello en Ventana Visor / pestana Datos y en menu desplegable

seleccionar Opciones / Calidad, en la ventana emergente deberemos seleccionar en

Parmetro / Tiempo de Permanencia.

Para analizar de mejor forma los tiempos de permanencia debemos aumentar la

Duracin Total del anlisis a 72 Horas, para esto en Ventana Visor / pestaa Datos /

Seleccionar en menu desplegable Opciones / Tiempo / Editar.

Luego en Ventana visor seleccionamos mostrar en Nudos el Tiempo de

Permanencia y hacemos correr el programa .


46 | P g i n a

De los resultados mostrados en la pantalla del programa podemos verificar que el

nudo que a cualquier hora posee mayor Tiempo de Permanencia es el nudo n4, por

lo que realizaremos un anlisis con Grficos. Para esto iremos a Informe /

Grficos / Curvas de Evolucin / Tiempo de Permanencia y aadimos el nudo n4

al anlisis. La Grfica quedar de la siguiente forma.

Podemos concluir que al analizar con 72 horas se pueden representar efectos

acumulativos de un dia para otro que pasarian desapercibidos en el anlisis de 24

horas. El tiempo mximo de permanencia en la red se produce en el nudo n4 a las

con 16,39 Horas. Se puede observar que el proceso es cclico y se estabilizan los

ciclos con el paso del tiempo.

GUIA PRCTICA

MODELACIN DE REDES DE AGUA POTABLE

MEDIANTE SOFTWARE EPANET

INVAR S.A.

MAYO 2012

Guia Practica Modelación de Redes de Agua Potable

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