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SkelEpanet: Una herramienta automática para simplificar modelos de redes

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
  • SkelEpanet: herramienta automática simplificar modelos redes

Modelar una Red de Distribución de Agua Potable (RDAP), de cientos o miles de elementos, implica resolver un número elevado de ecuaciones que son difíciles de calcular sin la ayuda de un computador. Antes de la llegada de estos equipos, los cálculos se resolvían a base de redes simplificadas conformadas por las tuberías principales y unas cuantas reglas prácticas.

Con los avances tecnológicos en hardware y software elaborar un modelo de detalle de una RDAP, a partir de un conjunto de datos dispersos (CAD, GIS, Hoja de Excel, Base de datos, etc.), ha dejado de ser una tarea laboriosa. Sin embargo, el cálculo matemático relacionado con la simulación hidráulica requiere de un esfuerzo computacional importante, sobre todo para redes de gran tamaño.

Trabajar con un modelo de detalle, con todos los elementos de la red, puede dificultar la gestión, el seguimiento y la comprensión de cómo funciona la estructura principal del sistema o invertir más tiempo en el diseño, calibración y análisis de los resultados. Por lo tanto, la simplificación de un modelo de red es importante para lograr un nivel de eficiencia computacional aceptable que permita realizar un análisis de los resultados más efectivo.

El proceso de simplificar un modelo de red consiste en eliminar un conjunto de tuberías y de reasignar las demandas de los nodos removidos, manteniendo en todo momento la conectividad de la red mediante las nuevas tuberías equivalentes. Dicha reducción del modelo, se consigue mediante unos métodos prácticos como el recorte de ramales, fusión de tuberías en serie, asociación de tuberías en paralelo y reducción de mallas.

El grado de simplificación de un modelo de red está condicionada por el uso que se le dé al modelo para realizar tareas de optimización, procesos operacionales, y planes estratégicos. Todo modelo reducido debe mantener los elementos principales que condicionan el correcto funcionamiento del sistema, por ejemplo, bombas, válvulas, y depósitos. De esta manera, se pueda garantizar un comportamiento hidráulico similar al modelo original, es decir, que las presiones en los nodos, los niveles de agua de los depósitos, y el balance de caudales del sistema no varíen de manera significativa.

En la industria del software aplicado al análisis y modelación de redes de agua, existen dos extensiones reconocidas que permiten generar de manera automática y de forma manual modelos esqueletizados. Me refiero a Skelebrator de WaterGEMS/WaterCAD (compañía Bentley) y Skeletonizer de InfoWater Pro (compañía Innovyze). Ambas extensiones usan tecnología avanzada de administración de base de datos y teoría de equivalencia hidráulica. Sus técnicas de simplificación son similares y se pueden combinar sin un orden establecido, lo cual podrían dar como resultado distintas configuraciones de modelos simplificados.

Como alternativa a dichas herramientas privativas, he desarrollado una aplicación de uso libre y mucho más sencilla de utilizar. La aplicación lleva de nombre SkelEpanet y permite reducir una red de manera automática y manual. La opción automática reduce un modelo hasta obtener nodos de grado de conectividad tres o más, mientras que a la opción manual se le puede indicar que elementos se desea preservar según el interés del operador técnico. La aplicación implementa los métodos de simplificación convencionales como recortar ramales, fusionar tuberías en serie, asociar tuberías paralelas, y se está estudiando la opción de reducir mallas, hasta el punto de poder llegar a ramificar un modelo mallado.

Si deseas conocer cómo se utiliza la herramienta, puedes mirar el siguiente vídeo tutorial y descargar la aplicación desde aquí.

Casos de modelos de redes simplificadas