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¿Problemas de desconexión en tu modelo hidráulico de Epanet? IDEHISUB te ayuda a identificarlo

Sobre el blog

Oscar Vegas Niño
MSc. Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente (UPV) Especialista en hidráulica urbana, riego a presión, recursos hídricos, SIG, y programación
  • ¿Problemas desconexión tu modelo hidráulico Epanet? IDEHISUB te ayuda identificarlo

Elaborar un modelo hidráulico de una red de abastecimiento de agua conlleva mucho esfuerzo y tiempo. El trazado de las tuberías se puede realizar con ayuda de un mapa de callejeros como fondo, o importando todos los conductos desde un fichero de AutoCAD con aplicaciones externas o plugins dentro de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) más utilizados (ArcMAP, QGIS, gvSIG) para generar nuestro esquema hidráulico basado en nudos y líneas. El resto de los elementos se pueden añadir de manera manual (embalses, depósitos, bombas y válvulas), y luego se asignan los valores a las propiedades de los elementos y se configura la operación del sistema, las opciones hidráulicas y de tiempo. Con esta primera versión del modelo, sin calibrar, podemos lanzar una simulación y comprobar dos cosas, la conectividad de los elementos y las presiones negativas que pueden llegar a darse en determinados puntos o sectores de la red.

Cuando una red está desconectada físicamente, es decir, zonas aisladas sin fuente de suministro, o nudos de demanda aislados, Epanet muestra un reporte con los códigos de errores, una descripción de lo sucedido, y algunos identificadores de los elementos de la red afectados, concretamente hasta 10 elementos y el resto están representados en un valor acumulativo (Figura 1).


Figura 1. Red desconectada físicamente

Si a la red anterior unimos las dos zonas separadas por medio de dos líneas, y modificamos sus estados a cerrada (puntos de color rojo), Epanet, después de ejecutar una simulación mostrará un reporte donde indica que existe presiones negativas (Figura 2).


Figura 2. Red desconectada por el cierre de dos tuberías (marcadas de color rojo)

Una forma rápida de localizar los elementos que ocasionan la desconexión de una parte de la red, por causa del cierre de alguna línea (tubería, bomba, o válvula), es utilizando el editor de leyenda que permite, mediante un rango de colores, identificar todos aquellos nudos cuya presión esté por debajo del valor de cero (presión negativa). De esta forma, si una red no es muy densa, se puede identificar fácilmente las líneas cerradas que impiden que el agua llegue a los usuarios finales (Figura 3). Pero, si en el caso que estuviesen cerradas dos tuberías que ocasionan el desabastecimiento de una zona, Epanet sólo identifica una, lo cual, si cambiamos su estado a abierta y lanzamos una simulación, y nos da como válida, se podría cometer un error debido a que la segunda tubería cerrada también debería estar abierta.


Figura 3. Red con presiones negativas (puntos de color rojo) por el cierre de dos tuberías

Con la herramienta IDEHISUB podemos localizar los elementos (líneas cerradas) que ocasionan el mal funcionamiento del modelo hidráulico e identificar hasta cuatro tipos de subsistemas. Para ello, en primer lugar, se desarrolló un algoritmo que verifica la conectividad de los diferentes elementos de la red teniendo en cuenta el estado de apertura o cierre de las líneas (tuberías, bombas, y válvulas). Luego, mediante un postprocesado se clasifican los diferentes subsistemas en función de la fuente de alimentación y la demanda base del nudo. El algoritmo también puede ser útil para anular momentáneamente las demandas en las zonas de una red que queden aisladas por el cierre de una válvula o la parada de una bomba, de esta manera no se producirá un error de simulación con Epanet. A continuación, se describen los cuatro tipos de subsistemas hidráulicos.

Subsistema Tipo A:

Subsistema en la cual existe al menos una fuente de suministro, puede ser un embalse o depósito, y que, además, al menos uno de sus nudos de caudal tenga una demanda base asignada. Estaríamos ante un subsistema hidráulicamente compatible, en la que todos sus nudos pueden ser alimentados cumpliendo o no con las condiciones mínimas de servicio (Presión mínima de servicio).

Subsistema Tipo B:

Subsistema en la cual existe al menos una fuente de suministro, puede ser un embalse o un depósito, pero que ninguno de sus nudos de caudal posee demanda base asignada. Estaríamos ante un subsistema hidráulicamente compatible, en la que no existiría flujo de caudal al no existir puntos de demanda (situación de grifos cerrados)

Subsistema Tipo C:

Subsistema en la cual no existe(n) fuente(s) de suministro, pero, sin embargo, al menos uno de sus nudos de caudal tiene asignada una demanda base. Este Subsistema conformaría una zona aislada, hidráulicamente incompatible, en la que sus nudos no podrían ser abastecidos al carecer de toda fuente de suministro

Subsistema Tipo D:

Subsistema en la cual no existe(n) fuente(s) de suministro, y además ninguno de los nudos de caudal tiene asignada una demanda base. Este Subsistema, conformaría una zona aislada, hidráulicamente compatible, pues sus nudos no necesitan ser abastecidos y por tanto no se requiere de fuente(s) de suministro. Este tipo de Subsistema lo podemos encontrar cuando estamos trabajando en el análisis de la ampliación de una red de abastecimiento a nuevos grupos de usuarios o un polígono industrial.

En la Figura 4, podemos ver un ejemplo gráfico con los cuatro tipos de subsistemas. Las líneas de color rojo que están sobre las líneas de color negro indican que estas últimas están cerradas, y los nudos con una flecha encima, de color azul, indican nudos con demanda base mayor a cero.


Figura 4. Cuatro tipos de subsistemas hidráulicos

IDEHISUB

La herramienta se desarrolló desde el entorno de programación Microsoft Visual Studio (Visual Basic .NET) y se utilizó las librerías epanet2.dll (v2.2) y shapelib.dll para recuperar información sobre los elementos de la red y para visualizar los resultados desde cualquier SIG respectivamente. La interfaz gráfica de la aplicación (Figura 5) es muy sencilla, tan sólo es seleccionar un fichero de Epanet (.Inp) y elegir cualquiera de las dos opciones respecto si se desea identificar subsistemas para el estado inicial de las líneas o para todo el periodo de simulación. Los resultados se almacenan en una tabla DBF.


Figura 5. Herramienta Idehisub

Para el modelo de red visualizado en la Figura 6, se identificaron tres subsistemas (Tipo A, C, D). Los elementos de color naranja que corresponden al subsistema de Tipo C, que son la mayoría, por definición, se pensaría que son zonas que han quedado aisladas por el cierre de alguna tubería o que quizá podrían tratarse de varias redes separadas pero alimentadas por alguna fuente de alimentación. Pero, si la clasificación de los subsistemas lo vemos desde un SIG, la interpretación sería otra. En realidad, no se hizo un buen trabajo de digitalización desde el AutoCAD.


Figura 6. Red de abastecimiento donde se identifican tres subsistemas (Tipo A, C, D)

En definitiva, Idehisub resulta ser una herramienta de gran ayuda para localizar y visualizar la(s) línea(s) cerrada(s) que origina(n) la desconexión del sistema desde el punto de vista hidráulico, o para detectar fallos de digitalización. De los cuatro subsistemas que pueden identificarse, hay que prestar atención al de Tipo A y C. Un subsistema de tipo B y D, cuyos nudos de caudal tienen demanda base igual a cero, no ocasionan desconexión en el modelo de red después de ejecutar una simulación con el programa Epanet. Un subsistema Tipo A nos indica que el agua llega a los usuarios, pero sin saber si se está cumpliendo con las condiciones mínima de servicio. Desde Epanet es posible identificar qué nudos eventualmente no cumplen la condición de presión mínima de servicio para un periodo estático o extendido a través del editor de leyenda (rampa de colores). Y un subsistema Tipo C se produce cuando un grupo de nudos de caudal, con demanda base, no son abastecidos debido a una mala maniobra del cierre de una línea (tubería, válvula o bomba).

  • También, un subsistema Tipo C se puede llegar a presentar si los depósitos de almacenamiento no cuentan con suficiente capacidad o que su nivel de agua inicial no sea suficiente, por presión insuficiente de las bombas, por pérdidas de carga elevadas debido a los diámetros pequeños de tubería o coeficientes de rugosidad altos, por consignas de válvulas mal asignadas, etc. En este caso, la herramienta identifica como un subsistema de Tipo A pero que no revela más información sobre si se cumple con la presión mínima de servicio en los nudos de demanda. En este caso, Epanet, con ayuda de su herramienta de consulta, nos puede mostrar de manera gráfica, a través de un rango de colores, las presiones negativas que se pueda dar en un modelo de red hidráulica.
  • La herramienta se puede descargar desde la página de Researchgate.
  • También se puede acceder a un vídeo tutorial desde YouTube.