Programas de Hidraulica by Yamileth Quintero

Volumen 1, nº 1 UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMA CENTRO REGIONAL DE PANAMA OESTE MAESTRIA EN DOCENCIA SUPERIOR

CURSO DE ELEMENTOS DE HIDRAULICA, ING. YAMILETH QUINTERO DOCENTE UTP, PANAMA. CON MAS DE 7 AÑOS DE EXPERIENCIA EN MODELOS HIDRAULICOS

AP LIC AC IÓN DE TECNOLOG IA P AR A E L C ALCULO DE P R INCIP IOS HIDR AULICOS Este artículo se realizo con el fin de contribuir a la divulgación de información de interés, rele-

Acueductos y Alcantarillados

vante para el desarrollo de estudios y cálculos hidráulicos para estudiantes de ingeniería,

se ha querido contribuir con el presente documento para presentar un listado y breve reseña del los modelos (software) hidrodinámico más utilizados actualmente por la comunidad Internacional. Dado el gran desarrollo que ha experimentado esta área en los últimos 10 años, donde actualmente existen numerosos modelos, la mayoría especializados en una problemática o área en particular, en esta oca-

sión, se presentarán aquellos modelos aplicables a el desarrollo de acueductos y alcantarillados, a los estudios de hidrodinámica ambiental, el aérea fluvial, la modelación en estudios de inundación en ríos y costas, modelos para la propagación de Tsunamis, modelos de calidad de aguas en embalses, modelos para la propagación de oleaje oceánico y local, hidrología y aguas subterráneas.

Navier-Stokes (2da ley de Newton) y de las ecuaciones de la Termodinámica. En particular, todos los modelos hidrodinámicos aplicables a los estudios de ACUEDUCTOS y ALCANTARILLADOS, aquí expuestos, se basan en Reynolds Average Navier Stokes por lo que podríamos decir que son similares, sin embargo, esto no tan así, pues existen diferencia entre ellos, dependiendo de

 Software para cálculos hidráulicos  Tiempo de una gota de agua  Programas de calidad de agua potable, de escorrentía, de transporte de sedimentos, etc.

Contenido:

DIFERENTES MODELOS Los modelos hidrodinámicos son utilizados para cuantificar los impactos ambientales producto de proyectos, o para evaluar la pertinencia de una obra en particular, lo que en síntesis, los convierte en una herramienta fundamental en la toma de decisiones. La gran mayoría de modelos numéricos de fluidos derivan sus ecuaciones del principio de continuidad, de la ecuación de

Puntos de interés especial:

la suposición realizada para completar y simplificar las ecuaciones. Quizás la más importante en términos prácticos, es la ecuación de cierre de la turbulencia asumida, otras diferencias significativas se pueden encontrar en los supuestos para simplificar las ecuaciones, con sus ventajas y desventajas respectivas.

GENERALES

DIFERENTES MODELOS

EPANET

AUTOCAD

MODELOS DE CALIDAD

HEC RASS

Otros modelos

Página 2 El agua en la Tierra se distribuye de la siguiente forma: 97.48% - Agua salada de mares y océanos (1,338,000,000 km3) 1.75% - Agua dulce congelada en los polos (24,000,000 km3) 0.76% - Agua dulce en acuíferos subterráneos (10,592,000 km3) 0.01% - Agua dulce en ríos y lagos (2,000 km3)

EPANET Programa desarrollado por el cuerpo de ingenieros del ejercito de los Estados Unidos. Con el fin de poder analizar y diseñar sistemas de acueductos tomando en consideración las variables de presión , elevación, perdida de carga, perdida por accesorio, por fricción, etc.

los programas mas usados por los ingenieros de diseño en PANAMA para desarrollar infraestructura de acueducto.

Se puede incluir por medio de este programa de computo una serie de variables que permiten escoger la curva característica de una bomba, con su porcentaje de eficiencia.

No existe límite en el tamaño de la red que se desea analizar.

También permite simular en tiempo real el comportamiento de la calidad del agua de un sistema de acueducto, incluyendo sus tanques de almacenamiento. Tiene una pantalla o ambiente sencillo y amigable, pues permite dibujar los elementos del sistema, como lo son las tuberías, las válvulas de diferentes diámetros, longitudes y factores de fricción o componentes de rugosidad. Permite tener valores muy reales de diseño, y es uno de

Es un modelo hidráulico de comportamiento de tuberías a presión que se distribuye de forma gratuita en la internet.

Calcula las pérdidas por fricción en las conducciones mediante las expresiones de Hazen-Williams, DarcyWeisbach o Chezy-Manning. Incluye pérdidas menores en elementos como codos, acoplamientos, etc. Modela bombas funcionando tanto a velocidad de giro constante como a velocidades de giro variables. Calcula la energía consumida y el coste de bombeo de las estaciones. Modela diferentes tipos de válvulas, incluyendo válvulas de regulación, válvulas de retención, válvulas de aislamiento,

válvulas reductoras de presión, válvulas de control de caudal, etc. Permite el almacenamiento de agua en tanques que presenten cualquier geometría (sección del tanque variable con la altura del mismo). Posibilidad de establecer diferentes categorías de consumo en los nudos, cada una de ellas con su propia curva de modulación. Modela consumos dependientes de la presión que salen al exterior del sistema a través de emisores (rociadores, aspersores, fugas). Permite utilizar controles de tiempo o sistemas de regulación más complejos mediante consignas.

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Los tiempos en un sistema de Acueducto El agua potable; y su disponibilidad en nuestra casa no es un acto magia, sino el resultado del arduo trabajo de un equipo multidisciplinario del IDAAN cuya tarea es lograr el abastecimiento confiable, constante e ininterrumpido de este líquido. Si tuviéramos la oportunidad de acompañar a una gota de agua en su recorrido por todo las tuberías del

sistema de acueducto para llegar a nuestros hogares, estos serian los tiempos: En el caso de una planta potabilizadora del IDAAN el paso del agua desde su aducción en el Lago Gatún hasta llegar al sistema de bombeo hacia las ciudad puede tomar un promedio de 2 horas en tratamiento este paso es continuo los 365 días del año. Luego llegamos al siste-

ma de acueducto y una partícula de agua pasa hasta 6 horas en llegar hasta el punto mas extremo de nuestra red en el área del Distrito de La Chorrera y en el caso de Arraijan debido a que depende de múltiples estaciones de rebombeo para vencer la topografía del lugar, puede llevar hasta 48 horas.

rias para desarrollar los cálculos del diseño.

niería , posee múltiples aplicaciones a diferentes ambientes específicos, no solo al de ingeniería civil, sino también a la mecánica, electricidad y la arquitectura

Estos tiempos pueden ser modelados en el programa de EPANET

AUTOCAD/WATERCAD Este programa si bien es cierto no permite modelar los sistemas de acueducto o alcantarillados, es una base fundamental, pues su plataforma de datos permite ser exportada a programas como WATERCAD e inclusive para el EPANET para tener un concepto de elevaciones y demás variables necesa-

Esta plataforma de datos mostradas permite tener facilidades de dibujo, pues su significado en español seria: Dibujo asistido por computadora. Este programa es de amplio uso en el mercado de la inge-

Pie de imagen o gráfico.

Recientemente se ha desarrollado una aplicación para su uso en teléfonos inteligentes.

“la calidad del agua en un sistema de tuberías también puede ser modelada y diseñada”

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WATERCAD WaterCAD se ha convertido en la solución líder mundial para la modelación hidráulica de sistemas de distribución de agua. Empresas de acueducto, municipalidades y firmas de ingeniería confían en WaterCAD como una herramienta para toma decisiones en siste-

mas de distribución de agua al proveer un robusto análisis hidráulico, gestión integral de modelos, módulos avanzados de interpretación de resultados y una gran facilidad de uso. Modela la parte hidráulica, operacional, flujo contra incendio, criticalidad y

calidad del agua con la comodidad de poder usar su ambiente favorito.

Diferencias entre WATERCAD Y WATERGEMS

ACUEDUCTO Los sistemas de acueductos son la unión de varios kilómetros de tuberías de diferentes diámetros, materiales, más sus accesorios válvulas, hidrantes, etc.

En términos de tareas bá-

Demanda basado en Ope-

sicas e intermedias de Modelación Hidráulica,

raciones de Análisis Espacial).

WaterCAD y WaterGEMS son productos completa-

Por otra parte, WaterCAD

mente similares (de hecho comparten el mismo motor

como WaterGEMS comparten una misma estructu-

de cálculo hidráulico). Adicionalmente en las últi-

ra de modelo de datos, por tanto un modelo creado en

mas versiones de WaterCAD y WaterGEMS se han

WaterCAD puede ser leído en WaterGEMS y vicever-

agregado nuevas funcionalidades como el Análisis de

sa. Mientras WaterCAD, so-

Criticidad de Sistemas (Criticality Analysis) basa-

porta una plataforma Autónoma (Stand Alone) así

do en la operación de válvulas de aislamiento; y el

como MicroStation y AutocAD (como adición al pro-

análisis de vaciado unidireccional de sistemas

ducto). WaterGEMS es la única herramienta de mo-

(Flushing Analysis). Así mismo herramientas de

delación del mercado capaz ofrecer soporte para 4

integración con fuentes externas de datos como

plataformas como AutoCAD, ArcGIS y MicroSta-

ModelBuilder (Construcción de Modelos)

tion, adicional a una plataforma Stand Alone con

y LoadBuilder (Carga de

toda la funcionalidad.

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HYDROFLOW, HYDRONET Este es un programa de cálculo que se puede conseguir en su versión académica con el libro MECANICA DE FLUIDOS, Robet Mott, editorial Pearson Para analizar sistemas de tuberías en serie, paralelo, en redes. El programa PUMP-BASE es un complemento para seleccionar la bomba centrifuga mas adecuada de una base de

datos de curvas de rendimiento de los fabricantes. Determina donde se encuentra la línea piezométrica del sistema de tuberías, analiza la cavitación de las bombas, utiliza los valores de diferentes unidades de medida (Sistema Métrico Internacional y Sistema Ingles)

Útil para analizar diferentes escenarios de modelación de bombas en su parte de operación.

Puedes buscar HYDROFLOW en www.tahoesoft.com

Con este programa en su versión académico se puede modelar descarga libre desde una bomba centrifuga a un reservorio, se puede colocar manómetros de medición , se colocan de forma muy interactiva los elementos hidráulicos en el sistema analizado, tales

como las válvulas, los reducciones, etc. Permite también incorporar elevaciones o cotas de los elementos, Además tiene los dos sistemas de unidades de medida , tanto el métrico internacional como el sistema ingles.

La base de datos para la selección de la bomba mas adecuada le brinda la oportunidad de elegir entre una data amplia de equipos con sus respectivas eficiencias. Además crea un enlace a diferentes link educativos sobre Diseño de Bombas..

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Desing FLOW SOLUTION El sofwear Desing FLOW SOLUTION, se usa para resolver distintos problemas de circulación de fluidos , inclusive sistemas de tuberías en serie, en paralelo y en redes de acueducto

Se consideran fluidos todos los gases y líquidos,

Proporciona al ingeniero una amplia gama de herramientas informáticas para resolver problemas de flujo de fluidos. DFS es una necesidad para los profesionales de la ingeniería que necesita información rápida, referencia, fiable y con soluciones a los problemas de flujo de fluidos. ABZ ofrece en la actualidad: DF Designet ® V4 es el más poderoso, completo y para

análisis de una red de tubería con los programa de análisis disponibles. Incluye tanto fluidos a gas y el análisis de líquido. Se puede usar igualmente para diseño de fluidos como aire o combustible. DF Poder ® V4 ofrece una forma económica y poderosa para analizar las tuberías individuales, tanto para gases y líquidos. Desde 1989, ABZ ha analizado y evaluado los métodos, las ecuaciones físicas y necesarias para resolver los problemas relacionados con el flujo de fluido. ABZ trabajo en el flujo de fluido se utilizó para crear y apoyar el software

fiable y fácil de usar para el análisis de flujo de fluidos. ABZ continúa la búsqueda de métodos innovadores y eficaces de mejorar el flujo de diseño de software y soluciones para apoyar la base de los clientes.

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PIPEFHASE PIPEPHASE ofrece una capacidad de modelado completo y riguroso para el estado estacionario, el flujo multifásico en las redes de recolección de petróleo y gas y sistemas de tuberías. Ofrece la potencia y flexibilidad a las aplicaciones de los modelos que van desde simples análisis de sensibilidad y de los parámetros clave, para un estudio de planificación de varios años para un campo de producción.

PIPEPHASE ahora ofrece las capacidades de modelado necesarias para gestionar con precisión y el aceite de modelo o de yacimientos de gas mediante el desarrollo de una interfaz con el depósito populares simuladores, mejorando la capacidad de PIPEPHASE para modelar pozos del subsuelo. Integración con el software de simulación de yacimientos permite la simulación de los siguientes:

PIPEPHASE utiliza algoritmos de solución de probada eficacia, los métodos modernos de producción y técnicas de análisis de software para crear un diseño de campos de petróleo sólido y eficiente y una herramienta de planificación. Con una extensa propiedad física banco de datos, PIPEPHASE cubre la gama completa de los fluidos encontrados en la industria del petróleo, incluyendo una sola fase o aceite negro, así como mezclas de composición. El software también puede aplicarse a un solo componente de vapor o redes de inyección de CO2.

Extracción de CO2 Recuperación mejorada de petróleo de los yacimientos agotados El vapor de drenaje por gravedad asistida (SAGD) P rinc ipa les venta jas  Aumento general de los activos a nivel de producción  Mejorar el rendimiento y también la línea de flujo  Mejorar la canalización y diseño de instalaciones  Integrar el desarrollo del campo y la planificación  Reducir los cos-

tos operativos y de capital Aumentar la productividad de la ingeniería Ca pacida des cla ves pa ra tra nsporte de fluidos  El petróleo y las redes de recolección de gas  De transporte de gas natural y distribución  El análisis de sensibilidad  Línea de tamaño  Campo de estudios de planificación y de gestión de activos  Las redes de inyección de vapor  Tuberías de CO2  Gas-ascensor análisis  Calentar el análisis de la transferencia de oleoductos de crudo pesado  Sistemas hidroneumáticos de a gua  Hidratar la predicción Sistemas de combustible de aviación

Simsci-esscor.com es el productor del software PIPEFHASE

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Korf Hidráulica Es un programa fácil de usar para el cálculo de caudales y presiones en las tuberías y redes de tuberías. Es muy flexible en lo que se puede especificar, con el programa de la solución de los flujos desconocidos, presiones y tamaños. Korf Hidráulica es igualmente adecuado para aplicaciones que van desde una sola tubería para redes complejas en las que la tasa de flujo en todo o en parte de la red es desconocida. Korf Hidráulica es utilizado por muchas empresas de ingeniería, incluyendo:  Ambitech Ingeniería  Amec  Atacama  Bectel  Berkeley Ingeniería  Boeing  BP  Cenovus  Colt Ingeniería  Grupo DCL  Dragon Oil  Efectiva de Proyectos  Enersul  Equinoccio de Ingeniería  Foster Wheeler  GO Consultoría de Procesos  Interfaz gráfica avanzada y amplias instalaciones de elaboración de informes.  Compresible líquido, isotérmica y varios métodos de fase 2.  Varias bases de datos de tuberías, incluidas las no cilíndricas tuberías.  Propiedades de la tubería de fluido puede estar basada en la de otro tubo (referencia del tubo).  Flexibles en las tuberías de tamaño rutinas, y la capacidad de hacer caso omiso de tamaños no estándar.  Accesorios pueden ser representados por la grúa o el mé-

todo 2-K.  La pérdida de calor de las tuberías puede ser estimado.  Las ecuaciones para simular pozos, rociadores y vincular las especificaciones a otro equipo.  Avanzada dimensionamiento de equipos e instalaciones de calificación (medidores de caudal, válvulas de control, etc.)

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AFT, Análisis de Flujo en Tubos

AFT, acceso a la dirección www.aft.com

Tecnología de flujo Aplicada, sede de la primera tubería de canalización y análisis de sistemas y software de modelado . Con una combinación sin precedentes de la capacidad y la facilidad de uso, Este productos de software se utilizan en más de cincuenta países y en casi cualquier industria en la que se encuentra los sistemas de tuberías y conductos. La primera empresa en introducir el flujo de la tubería de software de análisis con una interfaz gráfica , fue el desarrollo en curso continúo proporcionando las herramientas más innovadoras para el ingeniero de sistemas. Ya sea que esté desarrollando una nueva tubería o ductos de diseño del sistema, modificar o ampliar uno ya existente, o el análisis de operación de los sistemas, encontrará la herramienta de ingeniería dspacio de trabajo

hacer mediante un clic con el botón derecho del ratón en la caja de herramientas

cambios de temperatura son grandes y el calor específico no es lineal.

Seleccione cursor o seleccionable por el cursor de Pan en la barra de herramientas

la caída de presión en los accesorios mediante el uso del método ajustado turbulento factor K

Mejora de la velocidad de navegación para los modelos grandes con miles de tubos y las uniones

Manipular variando la presión ambiente con elevación

Mejora de la ventana de la inspección sea más legible y ha integrado los datos de salida con la entrada Los datos de entrada y salida que se muestran en el panel flotante integrada en espacio de trabajo Al tratar de mover las tuberías cerradas y cruces de un símbolo de bloqueo aparece junto a los elementos bloqueados que no se pueden mover

Las ventajas de este softwear son:

gran capacidad permitiendo que las imágenes del usuario para ser insertado en la anotación

Iconos transparentes da un aspecto más moderno con el modelo

Mejora de la tubería y la detección de la unión de interferencia gráfica

Asignación de función desplegable permite a las aves de ojos vista de modelo y de navegación

En cuanto al proceso de resolver las ecuaciones este programa considera:

Caja de herramientas de acoplamiento y muebles Caja de herramientas el icono cambia se puede

Seccionamiento térmico para tuberías e intercambiadores de calor permite cálculos de cambio más precisas de la temperatura cuando los

El calor por convección modelo de transferencia de flujo laminar

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Epcon, software de flujo de tuberías EPCON ha sido pionera en el desarrollo de una nueva clase de software de simulación para simular el flujo y la presión del sistema de tuberías que se ha conocido como la simulación de flujo de fluido. SINET Ingeniero Asistente es el líder en la industria, del flujo de fluidos software disponible en la industria química y de refinación. Con este ingenieros de software es capaz de diseñar sistemas de tuberías, incluidos los sistemas enlazados como un sistema de agua de incendio y ramificados, tales como un sistema de agua de refrigeración. El tamaño del sistema de tuberías también puede ser tan grande como 1000 tubos y contienen una gran variedad de tipos de equipos tales como intercambiadores de calor, bombas y

compresores, solo por nombrar unos pocos. El beneficio de software de análisis de fluido de simulación de flujo tales como SINET Aide ingeniero es que proporciona detalles de flujo y la presión en cualquier punto de un sistema de tubería pequeña o grande. El uso de software tradicional 'simulación de procesos "para tratar de resolver las grandes redes de tuberías de la voluntad general de los impuestos sobre este tipo de motor de simulación que nunca fue diseñado para resolver esta clase de problema y tienen un costo mucho más alto de uso debido a su mayor complejidad. En su lugar, la simulación del proceso debe limitarse a la simulación de operaciones unitarias y balances de calor y el material que utiliza al má-

ximo esta complejidad de cálculo mayor a medida que estos motores computacionales se destina. La aplicación de la simulación de flujo de fluido a los sistemas de la planta a escala de servicios públicos de vapor, condensado, aire comprimido, gas combustible,

En el análisis de flujo de un fluido se relacionan propiedades físicas como: la densidad, la capilaridad, el peso especifico, etc.

software específicamente para el diseño, simulación y análisis de los sistemas de flujo de fluidos como el agua de refrigeración, vapor y los sistemas de gas combustible.

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Simulación de Autodesk ® Mechanical y Autodesk ®

ALGOR PROGRAMA PARA ANALISIS DE FLUJO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA

Simulación de Autodesk ® Mechanical y Autodesk ® Software de simulación Multiphysics proporcionar herramientas mecánicas rápidas, precisas y flexibles de simulación para ayudar a predecir el rendimiento del producto y optimizar los diseños, y validar el comportamiento del producto antes de la fabricación, minimizando la dependencia de costosos prototipos físicos y conseguir productos innovadores al mercado más rápido. Soporte para multiCAD ambientes, amplia gama de herramientas de modelado de elementos finitos, y construir-en las bibliotecas de materiales

ayudan a los fabricantes a principios de estudiar los productos, más a menudo y con mayor detalle. Fácil intercambio de datos con la mayoría de las herramientas de software CAD, Autodesk Moldflow ® ® Simulación de inyección de plástico moldeado, herramientas de simulación y Autodesk ® Vault de software de gestión de datos.

Ayuda a Tomar mejores decisiones de diseño anteriores en el proceso de desarrollo de productos con Simulación de Autodesk Mechanical y Autodesk Simulation Multiphysics.

Estos programas de simulación permiten determinar si los elementos hidráulicos de un sistema de acueducto como las válvulas y los demás accesorios soportaran los esfuerzos tangenciales y longitudinales del fluido.

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ALGOR SIMULADOR DEL FLUJO EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA Casi mil millones de galones de agua se procesan en un día promedio en la Planta de Purificación de James W. Jardine Agua en Chicago, Illinois, la planta de agua de tratamiento más grande del mundo. Esta planta y la planta potabilizadora de agua del Sur atienden a cerca de 5 millones de consumidores en la Ciudad de Chicago y los suburbios periféricos. Con ese volumen de agua a purificar, el proceso de tratamiento químico debe ser lo más eficiente y eficaz como sea posible. Recientemente, la planta Jardine necesitaba cambiar la posición en la que se añade carbón activado a fin de aumentar su tiempo de contacto con agua. Los ingenieros de la planta estudiaron los patrones de flujo de agua en el área de la ingesta de líquido con ALGOR software de análisis de flujo para encontrar el punto de alimentación óptima a la que se agrega el carbono para que el tiempo se reduciría al mínimo la dispersión. Acercarse a este reto con herramientas de simulación por ordenador se aparta de la práctica estándar de la industria del agua de la construcción de modelos a escala y realizar pruebas en un laboratorio. El uso de ALGOR software de análisis de flujo de agua permitió a los ingenieros de la planta determinar la mejor ubicación para el punto de alimentación de carbón activado en menos tiempo y con menos gasto de lo que hubiera sido posible con un enfoque tradicional, las pruebas de laboratorio. El primer paso en un proceso de agua de siete horas de Purificación Hay un número de pasos en el proceso de agua 7-hora purificación, que consiste en el tratamiento químico con carbón activado, polifosfato, cloro, flúor, alumbre (sulfato de aluminio) y poli electrolito, seguido por sedimentación y filtración. Cada aditivo químico sirve para un propósito diferente, como matar a las bacterias, ayudando en la eliminación de microorganismos o la prevención de la caries dental. El carbón activado es el tratamiento químico en primer lugar, añadió para eliminar sabores y olores desagradables. Las diminutas partículas de carbón son

La calidad de agua debe cumplir normas técnicas, en el caso de Panamá posee normativas más estrictas que las contenidas en los reglamentos de la Organización Mundial de La salud (OPS).

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Título del boletín

tremendamente absorbente, como una esponja. A fin de que para realizar su trabajo, el carbón activado debe mezclar completamente dentro del agua durante tanto tiempo como sea posible. A finales de 1990, los ingenieros de la ciudad de Chicago del Departamento de Agua determinó que la alimentación de carbón activado se debe mover a las cuencas de admisión a través del cual el agua del lago entra en la planta. Cada primavera, los trabajadores de la planta drenaban y limpiaban cada una de las dos cuencas de admisión. Los trabajadores de la planta de agua sólo tienen un corto período de tiempo cada año para limpiar las cuencas y hacer las modificaciones necesarias. La línea de alimentación de carbono activado se extendió y se monto en la pared interior de cada cuenca de admisión, sobre una pequeña repisa - una ubicación que fue seleccionado por conveniencia de instalación.

En una planta de tratamiento típica en Panamá, el periodo de tiempo de tratamiento es de 2 horas

Esta modificación logro el objetivo de aumentar el tiempo de contacto que el carbono tiene con el agua. A continuación, el Departamento de Filtración de Agua, el Ingeniero Wietrzak Anthony, Ph.D., PE centró su atención en el desafío de optimizar la dispersión y la mezcla de carbono en el agua. Este desafío requirió que Wietrzak estudiara el sistema hidráulico del flujo de agua dentro de la cuenca de admisión. "La práctica estándar de la industria del agua para acercarse a este problema es construir un modelo a escala y realizar pruebas en un laboratorio", dijo "Desafortunadamente, este proceso es lento y caro. La Oficina de Chicago de la sección de ingeniería de tratamiento de agua en la Planta de Purificación de agua adquirida por ALGOR como un paquete de software Multiphysics hace varios años para proporcionar las herramientas informáticas de simulación para el mismo desafío. "Además el líquido no estacionario de flujo laminar la capacidad de análisis Wietrzak usaría para este proyecto , el paquete o programa también ofrece la tensión estática con modelos de materiales lineales y no lineales, la simulación de eventos mecánicos con modelos de materiales lineales y no lineales de líquido estable e inestable laminar de análisis de flujo con turbulencias, el análisis de la transferencia de calor en estado estacionario y transitorio, el análisis de electrostática, etc.

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Modelando la calidad y flujo del agua con ALGOR Para analizar el patrón de flujo dentro de la cuenca de admisión, Wietrzak tuvo que empezar con la característica física del sistema que él sabía que cuantitativamente: la capacidad de cada una de las bombas que tira el agua de la cuenca de entrada en la planta de tratamiento de agua y las dimensiones físicas de el área de admisión. Wietrzak no quiso asumir que el flujo era uniforme cuando sale de la cuenca de admisión. Este supuesto podría dar lugar a un patrón de flujo realista dentro de la cuenca de admisión. Por lo tanto, tendría que modelar las células de la bomba, además de la cuenca de admisión. Sin embargo, el modelado tanto las células de la bomba y la cuenca de admisión daría lugar a un modelo muy grande.Wietrzak estaba preocupado de que su hardware no podriaprocesar un modelo grande y lograr la convergencia de la solución en una cantidad razonable de tiempo. Por lo tanto, Wietrzak decidió modelar y analizar una célula de la bomba y la cuenca de la aducción por separado. Los resultados de unidades de modelo de bomba en el límite entre la cuenca de admisión y la

célula bomba determinaría la entrada para el modelo de cuenca de admisión. Wietrzak comenzó modelando el volumen dentro de una celda de la bomba en Superdraw III, finitos ALGOR elemento del modelo de precisión con la herramienta de construcción. El modelo celular de la bomba resultó en 6.492 sólidos de los elementos. Wietrzak aplicado cero limitaciones de velocidad a las superficies de las paredes de la celda de la bomba. Para la superficie libre en la parte superior de la celda de la bomba, se aplica una restricción de cizallamiento cero. A continuación, Wietrzak convierte la capacidad de la bomba de 300 millones de galones por día a una velocidad de flujo volumétrico en metros por segundo. El caudal se aplicó entonces a la salida de la bomba de células como una restricción de velocidad límite. Ninguna otras limitaciones fueron colocados en la entrada a la celda de la bomba. Un análisis de flujo de fluido inestable se realizó en el modelo celular de la bomba con las velocidades aplicadas aumento

gradual de más de 50 pasos de tiempo. Realizo un análisis de flujo de fluido inestable y el aumento gradual de la velocidad de convergencia en el tiempo facilitado. La ejecución de varias variaciones en el modelo celular de la bomba dio a Wietrzak la oportunidad de experimentar con diferentes técnicas y el modelo de restricción para medir la efectividad de estas técnicas en términos de convergencia del modelo. "Sé la teoría y cómo manejar los problemas con un enfoque de libro de texto. Sin embargo, hay varias técnicas de restricción que tenía que aprender para poder ejecutar este modelo y obtener resultados reales ", dijo Wietrzak, quien posee un doctorado en dinámica de fluidos de la Universidad Northwestern. ALGOR fue muy útil para responder a las preguntas que surgieron durante el proceso de solución de este problema

Algor: modelo hidrodinámico para aplicaciones en plantas de tratamiento de agua

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MIKE DHI

“Los controles de calidad están automatizados, digitalizados y existe mayor conectividad, es por ello que se Reduce el riesgo y se mantiene la prevención”

Modelo europeo desarrollado por el DHI (Danish Hydraulic Institute). Sus modelos más conocidos denominados MIKE 21 y MIKE 3, para 2D y 3D respectivamente, representan posiblemente la alternativa comercial más difundida en la consultoría internacional. La cantidad de proyectos y su aplicación, engloba una cantidad muy amplia de aplicaciones en la ingeniería hidráulica y marítima, contando con cientos de estudios alrededor del mundo. DHI divide los modelos en módulos (dependiendo de las variables de estado de interés), los que deben ser comprados independientemente. En el caso particular, de estudios de calidad para costas y estuarios, los módulos mínimos a considerar son: Módulos Hidrodinámicos (HD) Transporte invectivo y dispersivo (AV) Calidad de Aguas y componente biológica (ECOLAB) Otros módulos importantes que deben

ser considerados, dependiendo de la problemática que se desea resolver y la ubicación de la descarga corresponden a: Oleaje (SW) Transporte de Sedimentos Cohesivos y no-Cohesivos (MT y ST). Cuenta con un buen software de apoyo, y herramientas que permiten exportar la información a distintos formatos, por ejemplo a GIS (ArcGIS), la plataforma está limitada a Windows.

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DELFT 3D Modelo europeo desarrollado por el instituto independiente DELTARES de Holanda. Al igual que el modelo anterior, representa uno de las plataformas más utilizada por la consultoría internacional, contando con cientos de estudios alrededor del mundo.

Similar al caso anterior, DELFT divide los modelos en módulos, cada uno de ellos para resolver las ecuaciones de estado correspondientes. Para estudios de calidad se requiere como mínimo: El modulo Hidrodinámicos (3DFLOW) Calidad de

aguas (WAQ) De sedimentos (SED) Además de los módulos para editar la malla e interpolar la Batimetría. Su interfaz se encuentra disponible para Windows y Linux, cuenta con herramientas para facilitar la entrega de información a GIS,

RMA4 RMA4 es un modelo hidrodinámico y de calidad bidimensional cuya solución se basa en los elementos finitos. Dado que es 2D, supone una concentración y distribución uniforme en la vertical, para hasta seis constituyentes en forma conservativa y noconservativa. Su código fuente fue desarrollado por el cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos (King, Water Resources Engineers, Corps of Engineers.1973) La interfaz para el post y pre proce-

so es desarrollada a la fecha por la empresa AQUAVEOS, la última versión corresponde a una plataforma integrada de varios modelos denominada Surface Modelling System (SMS) RMA4 es un modelo hidrodinámico y de calidad bidimensional cuya solución se basa en los elementos finitos. Dado que es 2D, supone una concentración y distribución uniforme en la vertical, para hasta seis constituyentes en forma conservativa. Su código fuente fue desarrollado por el cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos (King, Water Resources Engineers, Corps of Engineers.1973) La interfaz para el post y preproceso es desarrollada a la fecha por la empresa AQUAVEOS, la última versión corresponde a una plataforma integrada de varios modelos denominada Surface Modelling System (SMS)

“MIENTRAS EXISTAN LOS PROBLEMAS, SIEMPRE HABRA POSIBILIDADES DE MEJORAR”

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GEMSS (Generalized Environmental Modelling System for Surface waters)

LOS

Es un modelo con excelentes prestaciones, el cual ha sido validado por la EPA, por el Bureau of Reclamation, y por distintas agencias internacionales como el Banco Mundial. Lo que lo hace una muy buena opción, posee interfaces para el pre-post proceso, funciona acoplado al modelo CE-QUALW2, además la empresa particular y dueña del código realiza asesorías y talleres en el uso del

software, en conclusión, se puede decir que es un modelo conocido, de prestigio y que se ha utilizado en un número importante de estudios. Su licencia, que si bien es de dominio público, su uso está restringido a la evaluación subjetiva de los autores, dependiendo del proyecto que se desea evaluar, y dependiendo del especialista que realizará la tarea, esto con el fin de proteger el prestigio del

modelo. En general, se espera que para aplicarlo a un proyecto con fines de lucro, se pida un porcentaje de la participación en las ganancias, por lo que se considera como un modelo pagado1.

MODELOS MENOS COMERCIALE SUELEN SER GRATUITOS

http://www.erm-smg.com/gemss.html

EN LA INTERNET

MODELOS MENOS COMERCIALES CWR-ELCOM Modelo Hidrodinámico 3D, no hidrostático, Desarrollado en Australia por la universidad de Wester-Australia, Aplicable a Lagos, Estuarios y Costas

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Volumen 1, nº 1

UNTRIM Modelo Hidrodinámico 3D desarrollado en Italia por la Universidad de Trento, se puede adquirir por medio de compra on line, es menos conocido y cuenta con una interfaz más limitada.

Software de Licencias de Dominio Público En general los modelos con licencias de dominio público son sin costos. Existen sin embargo compromisos, como participar de una comunidad de modeladores, agregar la reseña del uso del software en los informes que se elabore, etc. Otros, van más allá con los términos de licencia, estableciendo que su uso está limitado al área comercial, no pudiendo utilizarse con fines de lucro, este el caso, por ejemplo del modelo FVCOM. Otros liberan el código y restringen el uso del modelo a personas o proyectos destacados y relevantes, ó incluso, cobran alguna comisión por participar en el proyecto, este es el caso del modelo GEMSS. En general el soporte esta dado por

una comunidad de usuarios y el respaldo una entidad sin fines de lucro (como Universidades, o alguna entidad gubernamental) La mayor parte de la documentación de los modelos de dominio público, corresponden a manuales que se han ido completando en el tiempo a partir de distintas publicaciones, comentarios de usuarios, foros, etc. Es por este motivo que el aprendizaje se ve algo más dificultoso que los pares comerciales. En general, los modelos de dominio público, poseen interfaces de pre y post proceso precarias, o simplemente no las poseen y es necesario programar. Algunas apoyan estas tareas desarrollando códigos en otros software tanto de origen comercial como

también de dominio público (MATLAB, OCTAVE, SCILAB, FORTRAN, PYTHON, usuarios poseen interfaces propias, bien detalladas (como por ejemplo EFDC, FVCOM (VISIT), ROMS, MOHID). Respecto del formato de entrada y salida, a diferencia de los modelos comerciales, convergen a formatos comunes, destaca entre este el formato NETCDF, o el DEM en formato ASCII En general, para los modelos más reconocidos no es necesario ser un experto en programación, pues los programas vienen compilados o con tutoriales claros para realizar esta tarea, sin embargo es necesario tener un buen manejo computacional a nivel de usuario, y con leves matices de programador

“IDAAN: Es el Instituto de Acueductos y Alcantarillados Nacionales, organismo encargado de la aprobación de los diseños de los sistemas de acueductos y alcantarillados en Panamá”

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FVCOM

LA EDUACION Y EL APRENDIZAJE USANDO HERRAMIENTAS TECNOLOGICAS PERMITEN MANERJAR LOS CONCEPTOS TEORICOS

(Finite Volume Coastal Ocean Model) Es un modelo relativamente nuevo (menos de 10 años), quizás a la fecha el mejor modelo hidrodinámico para ser aplicado a distintos dominios de modelación, posee buenas herramientas y excelentes prestaciones gráficas (con Visit), una comunidad muy activa. Se pueden acoplar distintos modelos, para el cierre de las

ecuaciones de turbulencia se puede usar el esquema del modelo GOTM, también existen módulos acoplados para incluir estudios ecológicos y de otras forzantes como por ejemplo oleaje. En Chile es utilizado por un grupo selecto de especialistas. En el extranjero hay varias instituciones de renombre entre ellas por ejemplo el (NOAA), tiene una limitación

importante en términos de licencia respecto a que no se puede usar con fines comerciales, por lo cual su uso queda restringido a usuarios como universidades y ministerios. Su plataforma de preferencia es Linux

EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) Es un modelos 3D desarrollados a fines de los 80, para estudios de calidad de aguas en zonas costeras y estuarios, puede ser acoplado a varios modelos de calidad como WASP7 y CEQUAL_ICM, además internamente incluye un modelo de calidad propio denominado HEM3D. Este modelo además incluye modelos lagrangianos para plumas (similar al JETLAG), lo que permite

acoplar un modelo de campo cercano, con uno de campo lejano. EFDC es de por si, el modelo hidrodinámico 3D adoptado y recomendado por la EPA para los estudios de calidad de aguas Desde sus inicios el modelo EFDC ha sido mejorado sistemáticamente. Históricamente, la EPA fue la encargada de realizar las mejoras, de impartir talleres para su uso y divulgación, después del 2007, dicha

responsabilidad fue delegada a otras empresas de consultoría ambiental (TetraTech, DS-Intl) las que han sido las encargadas de actualizar, difundir, capacitar y generar herramientas de libre acceso para el pre y post proceso. Actualmente (2010) Dynamics Solutions

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Volumen 1, nº 1

SELFE (Semi-implicit Eulerian–Lagrangian finite-element model for cross-scale ocean circulation)

Es un modelo nuevo de libre acceso, corresponde a la mejora del modelo ELCIRC, mezcla una solución numérica muy eficiente entre volúmenes finitos, con matices lagrangianas. Se ha encontrado buena correlación en resultados de plumas de ríos y su descarga al mar. Dado su reciente aparición, no existen muchos estudios que lo respalden, el motor de calidad interno está en la etapa de desarrollo .http://www.stccmop.org/CORIE/modeling/selfe/

ROMS (Regional Ocean Model System) Es un modelo 3D hidrostático de excelentes prestaciones, quizás uno de los más utilizados por la comunidad internacional en estudios de circulación marítimos, se utiliza a escala de Dominios Internacionales hasta dominios locales, es utilizado por entidades como el NOAA para estudios marinos y de calidad en gran escala. Puede ser acoplado con varios modelos de distintas características, pudiendo evaluarse acoplarse con modelos de oleaje (SWAN), y a

futuro con modelos atmosféricos. Este modelo posee un un número de usuarios importantes, lo cual lo hace muy atractivo, su foro es muy activo, existen herramientas elaboradas para ROMS que pueden ser utilizadas en otros modelos como el EFDC. Su plataforma preferencial es Linux,. http:// www.myroms.org/. Mucha de sus herramientas está elaboradas para MATLAB. Los archivos de salida y entrada funcionan en base a la extensión NETCDF lo que

lo hace muy compatible, por ejemplo se han corrido acoplado con otros modelos como el HYCOM.

MANTENERSE INFORMADO DE LAS ACTUALIZACIONES DE PROGRAMAS, PERMITE TENER LAS VERSIONES MEJORAS DE ESTOS

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MOHID (MOdelo Hidrodinámico) Es un modelo desarrollado por MARETEC (Marine and Environmental Technology Research Center) en el instituto politécnico de Lisboa. Es un modelo hidrodinámico 3D portugués, que posee módulos para estimar desde el transporte de sedimentos hasta la calidad

Hay diferentes métodos para diseñar un proceso de calidad de agua, pues depende de las característica del agua a tratar

de las aguas. Posee una interfaz que funciona en Windows, y su licencia no posee restricciones. Esta en constante actualización, parte de la comunidad del modelo la integran españoles, lo que hace atractivo la cercanía del idioma. Posee menos publicaciones que los modelos

anteriormente utilizado http://www.mohid.com

CH3D (Curvilinear-grid Hydrodynamics model in three-dimensions (3D)) Uno de los primeros modelo 3D , fue desarrollado por el Dr. Y. Peter Sheng, que actualmente es profesor de la universidad de Florida, en soporte con el U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station (WES) in Vicksburg, MS, EEUU. Es, por este motivo que la versión pública de este modelo se denomina CH3D-WES. Posee varios módulos, para estimar el transporte de sedimentos (CH3D-SED) y pudiendo acoplar a modelos de calidad de las aguas. Su código fuente esta en Fortran, por lo que requiere un trabajo de compilación. Actualmente es utilizado por la universidad de florida en investigación, poseyendo versiones mejoradas del software, pero no son de pública distribución.

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Volumen 1, nº 1

SITIOS DE INTERES PARA ESTUDIANTES DE LIC. EN OPERACIONES MARITIMAS Y PORTUARIAS, UTP Ocean Modeling: Es una comunidad fomentada por las siguientes instituciones, las cuales contribuyen de distinta manera: Office of Naval Research (ONR). Rutgers University, IMCS Princeton University UCLA CESR SCRIPPS University of Colorado Oregon State University PO

http://www.oceanmodeling.org/index.php

Community Surface Dynamics Modeling System: Es una comunidad diversa de investigadores, expertos que promueve la modelación de todos los procesos terrestres por el desarrollo, soporte y difusión integrada de módulos de software que predicen el movimiento de los fluidos y del flujo de sedimentos y solutos en las diferentes zonas de la tierra lo que influyen en los proceso dinámicos que conllevan el continuo cambio de la superficie mediante la interacción de la interface entre la litosfera, hidrosfera, cryosfera y la atmosfera.

http:// csdms.colorado.edu/ wiki/

Surface Water Quality and Flow Modeling Interest Group:

Calidad del agua y modelos de Flujo http://smig.usgs.gov/ SMIG/ model_archives.html Main_Page

El agua es vida…...cuídala

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Módulo Hidrológico de Escorrentía (SWMM) Considera distintos procesos hidrológicos que se producen en la salida de las aguas urbanas. Entre éstos se encuentran:

Es útil comprar libros de mecánica de fluidos que incluyen versiones académicas de programas Hidráulicos

 Precipitaciones variables en el tiempo  Evaporación de las aguas superficiales estancadas  Acumulación y deshielo de nieve  Intercepción de precipitaciones por almacenamiento en depresiones  Infiltración de las

precipitaciones en capas del suelo no saturadas  Entrada del agua de la infiltración en acuíferos  Intercambio de flujo entre los acuíferos y el sistema de transporte Modelo de depósitos no lineales para el flujo superficial La variabilidad espacial en todos estos procesos se alcanza dividiendo una determinada área de estudio en áreas de captación de agua

más pequeñas y homogéneas (N.d.T. denominadas subcuencas). Cada una de éstas contiene su propia fracción de subáreas permeables e impermeables. El flujo superficial puede producirse entre las distintas subáreas, entre las distintas subcuencas o entre los puntos de entrada al sistema de drenaje.

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HEC-RAS, PROGRAMA DE ANALISIS DE RIVERAS DE INUNDACION Difundimos aquellos sitios de internet, modelos de dominio público y herramientas relacionadas con la modelación numérica hidrodinámica de dominio público.

PREDECIR Y ESTIMAR LAS INUNDACIONES PREVIENE LOS RIESGOS Y POSIBLES AFECCTACIONES