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Diseo y Modelacin de Sistemas de Alcantarillado Sanitario Taller 2

Anlisis de Carga para flujos sanitarios y pluviales Taller 2

El propsito de este taller es familiarizar al usuario con los escenarios de carga

sanitaria y pluvial, y repasar los conceptos bsicos para dibujar un sistema e

ingresar los datos requeridos. Comience el taller seleccionando New desde el men

File y nombre el archivo Taller2.

El nombre del proyecto e Subdivisin del

Lago Junn. Ingrese su nombre en el campo

de Project Engineer y seleccione Next.

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Seleccione Next hasta llegar a la ventana que

aparece en la siguiente figura.

En la seccin Annotation Multipliers

configure los multiplicadores para el tamao

del smbolo Symbol Size, altura de texto Text

Height y altura de anotacin Annotation

Height a 20.

Vamos a utilizar un archivo de fondo DXF

para guiarnos en el desarrollo de la red.

Utilizando el botn de navegacin Browse

seleccione el archivo nombrado

DXF_Taller2.dxf y haga click en Open.

Su pantalla debe lucir como la de la derecha

cuando usted asocie el archivo .dxf con el

taller.

Seleccione Next hacia los prototipos

(Prototypes).

Utilice el prototipo de la

Tubera por Gravedad para

asignarle a todas las

tuberas concreto

(Concrete) como el

material, y un dimetro

Section Size de 200 mm.

Tambin queremos que la

elevacin de la batea de la

tubera (Invert Elevation)

sea igual a la elevacin de

las estructuras aguas arriba

y aguas abajo. Para ello tilde

las opciones tal como se

muestra en la figura.

Seleccione OK para salir.

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Mantngase dentro de los

Prototipos y seleccione el prototipo

de pozo de inspeccin Manhole.

Luego seleccione la pestaa de

Perdidas Headlosses y utilizando

el men desplegable configure el

mtodo de perdida a AASHTO y el

mtodo de forma a lleno Full.

Seleccione OK para salir del

prototipo de pozo de inspeccin y

Finished para salir del

administrador de proyecto Project Set-up Wizard.

Para este taller vamos a dibujar el sistema de alcantarillado sanitario que se

encuentra en la siguiente pgina.

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Dibujo del modelo

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

derecha de la ventana principal.

CLAVES PARA EL DIBUJO

1. Comience en MH-1

2. Dibuje las tuberas P-1 a P-7 tal como lo indica el dibujo, y al final de esta

ultima cambie de elemento haciendo click derecho con el mouse para dibujar

la descarga Outlet O-1.

3. Luego, dibuje las tuberas P-8 y P-9 empezando desde MH-8 y conectando

finalmente con MH-6.

4. Dibuje P-10 desde MH-4 hasta MH-10

5. Finalmente, iniciando desde MH-11 dibuje P-11, P-12 y P-13 hasta conectar

con MH-5.

Asegrese que los nmeros y el orden de tuberas y pozos de inspeccin sean

iguales a los del dibujo.

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Edicin del modelo

La entrada de datos en este ejercicio se realizara de forma manual. Los sistemas de informacin geogrfica existentes en la actualidad permiten que la mayora de los datos se encuentren en formato electrnico. SewerCAD le ofrece forma prcticas de ingresar datos como Conexin con Base de Datos y Conexin con archivos Shapefiles. Inclusive el desarrollo geomtrico de la red puede realizarse en forma automtica importando un dibujo desde AutoCAD o ArcGIS. Estas caractersticas se vern mas adelante. Una vez que el sistema este dibujado, ingrese los datos fsicos para los pozos de inspeccin Manholes incluyendo las elevaciones de terreno Ground Elevation y fondo Sump Elevation que se encuentran en las tablas de abajo. Esto se puede

hacer fcilmente usando los reportes tabulares de los pozos e inspeccin Manhole Report.

CLAVE: Asegrese que los pozos de inspeccin Manholes estn listados en el mismo orden que se indica abajo cuando se encuentre ingresando los datos. Si se encuentra en un orden diferente, haga click derecho en el encabezado de la columna Label y haga click en Sort y Ascending para ordenar la tabla en orden ascendente con respecto al nombre de la estructura.

Datos Fsicos de los Pozos de

Inspeccin Manhole

Nodo Elevacin de Terreno Ground elevation

Elevacin de fondo Sump elevation

MH-1 156.97 155.36

MH-2 156.36 154.87

MH-3 156.06 154.32

MH-4 155.75 153.86

MH-5 155.14 153.13

MH-6 154.84 152.25

MH-7 154.53 152.16

MH-8 155.75 153.98

MH-9 155.45 153.25

MH-10 155.75 154.22

MH-11 156.06 154.53

MH-12 155.75 154.05

MH-13 155.75 153.62

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Cuando usted termine de

entrar estos valores, su

tabla debe lucir como la

de la derecha.

Es posible que sus

columnas estn en un

orden diferente, e incluso

puede tener columnas

adicionales.

Haga click en Close para

salir de los reportes

tabulares.

Ahora debemos ingresar los datos fsicos para la salida O-1. Haga doble click en la

estructura de descarga Outlet O-1 para acceder al dialogo del elemento.

Configure la elevacin del

terreno Ground elevation a

153.92 m y la elevacin del

fondo Sump elevation a

151.79 m.

(No se preocupe si las

coordenadas X e Y son

diferentes a las del dibujo)

Asegrese que la condicin

de control aguas abajo

Tailwater Condition este

configurada a salida libre

Free Outfall y seleccione

OK para salir.

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Ingresando las cargas sanitarias

La siguiente tabla muestra las cargas sanitarias con las que cuenta cada pozo de

inspeccin. Cada una de las estructuras cuenta con descargas de diferentes

fuentes. Para ingresar estas cargas al modelo, debe editarse individualmente cada

pozo tal como se explica a continuacin.

Todas las cargas indicadas en la tabla de abajo son cargas unitarias (Unit Load

Type and Count) y son cargas Sanitarias Secas (Sanitary Dry Weather Flow).

Datos de Carga

Nodo Carga Unitaria Sanitaria Unidad Cantidad

MH-1 Home (Luxury) Resident 50


Home (Luxury) Resident 20 MH-3

Day Camp Guest 30



Apartment Resident 200

Home (Luxury) Resident 14

Country Club per Employee Employee 20 MH-6

Country Club per Member Present Guest 150

Home (Luxury) Resident 20

School (Mdium) Student 800 MH-7

Apartment Resident 100



Restautant Meal 30





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Haga un doble click en MH-1 para

acceder al dialogo del elemento y

seleccionar la pestaa de carga

Loading.

Seleccione el botn de aadir Add

en el rea de carga sanitaria seca

Sanitary (Dry Weather)

Despus seleccione Carga Unitaria Unit

Load Unit Type & Count desde el men

desplegable mostrado.

Seleccione Home (Luxury) en el men de

Carga Unitaria Sanitaria Unit Sanitary (Dry

Weather) Load. Ingrese 50 residentes como

la cantidad.

Observe como la carga base Base Load es

calculada automticamente teniendo en

cuenta el consumo unitario de 380 l/d por

residente. Seleccione OK para salir del

dialogo.

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Continu ingresando los flujos sanitarios Sanitary (Dry Weather) Flow para cada

pozo de inspeccin haciendo doble click en cada dialogo de elemento. Note que

varios pozos de inspeccin tienen ms de un tipo de carga.

Para estos pozos usted va a

tener lneas mltiples de

datos en la lista de flujo

sanitario.

Por ejemplo, MH-7 debe de

lucir como se muestra en la

figura de la derecha.

Note que hay una opcin para

visualizar un grafico tipo pastel.

Seleccione el botn de Pie Chart

para abrir el grafico y despus

Close para salir.

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Estructuras con flujos conocidos

Existen tuberas que descargan aguas negras

en los pozos MH-1 y MH-12. Las mismas sern

consideradas en el modelo solamente como una

Nodo Flujo conocido

(l/d)

MH-1 75.708

MH-12 18.927

carga fija en esos pozos.

Para considerar estas cargas vamos a ingresar

flujos conocidos (Known Flows) en dichas estructuras tal como lo indica la tabla

de la derecha.

Ingrese los flujos conocidos

para MH-1 y MH-12 en el

campo flujo conocido

Known Flow.

Su pantalla debe lucir

como la de abajo cuando

usted ingrese todos los

datos para MH-1. No olvide

hacerlo tambin para

MH-12

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Flujos extremos

Antes de ejecutar el modelo, dirjase al men de Analysis y seleccione flujos

extremos Extreme Flows.

Seleccione Edit para modificar la

configuracin base de flujo Base

Extreme Flow Setup.

Con el mouse sobre la columna

Extreme Flow Method, haga un

click derecho y seleccione Global

Edit.

Seleccione Ten State como el mtodo de

flujo extremo Extreme Flow Method.

Dado que la carga unitaria para

restaurante no esta basada en

poblacin, vaya hacia abajo y

asocie el Restaurante con el

mtodo de flujo extremo constante

Constant.

Con esto hemos seleccionado

diferentes metodologas de

mayoracin para los diferentes

flujos unitarios sanitarios usados

en el modelo.

Seleccione OK y OK nuevamente para salir.

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Ejecutando el modelo

Seleccione el botn para ejecutar el modelo. Vamos a hacer un anlisis esttico, de manera que la opcin Steady State debe estar seleccionada.

Haga click en el botn para correr el modelo. Una vez terminados los calculos observe que existe una luz amarilla en la pestaa Results, la cual indica que hay mensajes de advertencia 8no significa que hubo error en la simulacin. Si ocurre esto, la luz sera de color rojo).

Haga click en el botn para observar las advertencias referentes a cada elemento.

Note que algunas de estas advertencias estn relacionadas con las restricciones mnimas de velocidad. Esto es debido a que por defecto la restriccin de velocidad mnima esta configurada a 0.50 m/s. Cuando usted ejecuta cualquier anlisis, las restricciones de velocidad mnima y mximas son utilizadas para advertirle de posibles problemas en su sistema. Se puede disminuir el valor de velocidad mnima, as mismo reduciendo errores, seleccionando Analysis, Restricciones de Diseo por Defecto (Default Desing Constraints) y configurando la restriccin de velocidad mnima Minimum Velocity Constraint a un valor menos que 0.50 m/s. Despus de completar la primera simulacin, revise los resultados usando codificacin a color (Color Coding), anotaciones (Annotations), perfiles y reportes tabulares. Utilice estas herramientas para comparar sus resultados con la tabla final.

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Escenario con carga pluvial

Despus de revisar el sistema con Condiciones de Carga Sanitaria Seca (Simulacin

Previa) configure un evento de Carga Pluvial y compare los resultados.

Desde la ventana principal seleccione Analysis/Alternatives.

Seale la tercera

alternativa desde la izquierda,

de carga de infiltracin y flujo

entrante Infiltration and

Inflow Loading.

Esta alternativa es la que

almacena las cargas

pluviales.

Note que ya existe una

alternativa base.

Seleccione Edit y note que

no tenemos cargas

pluviales aplicadas a la

simulacin previa.

Seleccione Close para salir

de la alternativa base.

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Tenemos que crear una alternativa de carga pluvial para nuestro evento. No es

necesario crear una alternativa hijo (Child) pues no es necesario heredar

informacin de la alternativa existente.

Seleccione Add y nombre la nueva

alternativa Evento Pluvial

Haga click en OK.

Haga click derecho sobre la columna de tipo

de carga de infiltracin Infiltration Load

Type y seleccione Global Edit. Configure el

tipo de infiltracin como la distribuida en la

longitud de la tubera (Pipe Lenght).

Utilizando la tabla de abajo (izquierda), configure la velocidad de infiltracin por

unidad de carga (Infiltration Rate per Loading Unit) para todas las tuberas.

Despus seleccione la pestaa de estructura de entrada (Inflow Structure) y

usando la tabla de la derecha ingrese el flujo entrante para cada pozo de

inspeccin.

Datos de Infiltracin por la Tubera

Tubera Velocidad de Infiltracin

por Unidad de Carga (l/d)

P-1 227 P-2 227 P-3 227 P-4 227 P-5 303 P-6 303 P-7 303 P-8 227 P-9 227 P-10 227 P-11 227 P-12 227 P-13 227

Datos de Flujo entrante en Pozo de Inspeccin

Pozo de Inspeccin

Flujo Base patrn Carga de entrada (l/d)

MH-1 757 MH-2 1136 MH-3 1136 MH-4 946 MH-5 1136 MH-6 946 MH-7 1136 MH-8 1136 MH-9 1136 MH-10 757 MH-11 757 MH-12 1136 MH-13 1136

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Seleccione Close para

salir de la nueva

alternativa y note el

esquema de alternativas

para la carga pluvial.

Antes de salir del

administrador de

alternativas, renombre la

primera alternativa como

Sin evento pluvial

haciendo click en Rename.

Seleccione Close para salir del administrador de alternativas. Ahora desde el men

de Analysis seleccione el men de Scenarios.

Con el escenario Base

sealado, haga click

derecho y seleccione

Rename.

Renombre el escenario,

Carga de Clima

Seco/Sin Carga Pluvial.

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Con este escenario

sealado, seleccione

Scenario Management y

luego Add Child Scenario,

para agregar un escenario

hijo del original.

Queremos que sea un

escenario hijo pues

heredara la alternativa

original de flujos sanitarios.

Nombre el escenario

Carga Pluvial y seleccione

OK.

En la pestaa Alternatives

seleccione Evento Pluvial como

la alternativa de carga de

Infiltracin y Flujo Entrante y

seleccione Close para salir.

Seleccione Go Batch Run para correr ambos

escenarios simultneamente.

Seleccione ambos escenarios y haga click en

Batch para iniciar clculos. Haga click en Yes

para correr ambos escenarios cuando se le

pregunte.

Compare sus resultados con las respuestas

al final. Utilice codificacin e colores,

anotaciones, perfiles, reportes tabulares, y

la comparacin de escenarios.

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Resultados

CLAVE: Los resultados de cada grupo de alumnos pueden diferir entre si y tambien

con la tabla presentada. Recuerde que cada uno ha realizado el esquema a mano y

generalmente se presentan variaciones en las longitudes de las tuberas. No

obstante, las diferencias no deberan ser substanciales.

Tubera con mayor velocidad,

Velocidad Escenario sin carga pluvial P-7

0.57 m/s

Tubera con mayor perdida de cabeza

Perdida Escenario sin carga pluvial P-8

0.73 m

Tubera con menor perdida de cabeza

Perdida Escenario sin carga pluvial P-10

0.33 m

Carga sanitaria total del sistema Escenario sin carga pluvial 13.42 l/s

Gradiente hidrulico en la estructura

de salida Escenario sin carga pluvial 151.79 m

Tubera con la mayor diferencia de velocidad promedio entre escenarios*, Velocidad

P-7 0.18 m/s

Perfil de flujo de las tuberas P-4, P-5 y P-6 en el escenario con carga pluvial?

Presin

Infiltracin total del sistema 10.81 l/s

*Utilice las anotaciones Annotation y la herramienta de comparacin de

escenarios Scenario Comparison para analizar la diferencia entre velocidad

promedio entre las dos corridas.

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