Implementación de depósitos en modelos de redes de abastecimiento

imagen1Uno de los elementos con el que cuenta cualquier red de abastecimiento de agua es la unidad de almacenamiento y/o alimentación. En un modelo de EPANET generalmente hay dos formas de representarlo; bien a través del elemento EMBALSE, o con el elemento DEPÓSITO (TANQUE). La elección de uno u otro depende principalmente del grado de detalle con el que queramos caracterizar nuestro modelo, la fase de diseño en la que nos encontremos y como no, de la información disponible.

Por un lado, el EMBALSE debe entenderse como una fuente inagotable de suministro. Además permite simplificar en gran medida la modelación, ya que para la edición sólo será requerida la cota de la lámina de agua de dicho embalse (elevación respecto al sistema de referencia utilizado), por tanto, con una única propiedad tendremos definido este elemento.

La determinación de la cota de la lámina de agua es sencilla, y suele coincidir con su altura piezométrica H característica (a saber, la cota del agua o coordenada Z de dicha lámina respecto a las coordenadas de referencia adoptadas, o en el caso de representar una estación de bombeo o pozo, la suma de la presión a la salida más la cota de ese punto).

La modelación de un embalse generalmente implica un nivel (altura piezométrica) constante en todo el periodo de cálculo, lo cual no siempre es real (salvo si se trata de un depósito de muy grandes dimensiones, o una estación de bombeo en la que se regula la presión a la salida para que ésta sea constante, por ejemplo con una bomba de velocidad variable). Ahora bien, EPANET permite de forma opcional introducir una curva de modulación temporal de la altura (formada por factores que multiplican la altura introducida en el modelo). A partir de esta curva tendremos perfectamente caracterizada la variación de altura en este elemento.

Dada la sencillez de modelación del embalse, se suele acudir a este elemento en las primeras fases de desarrollo de nuestro modelo, en el que tratamos de obtener un comportamiento válido del resto de elementos de la red (téngase en cuenta que además de tratarse de una fuente inagotable, su caracterización es muy sencilla). En cualquier caso, en muchas instalaciones la modelación del punto de alimentación con un embalse es insuficiente, y hay que acudir a la modelación a partir de un DEPÓSITO.

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Cortesia IZARVI.COM

La caracterización a partir de un depósito requiere disponer de información respecto a las características de este elemento. Por un lado la cota de la solera a la que se encuentra el depósito, se trata de la elevación de la base del depósito en el sistema de referencia utilizado. La estimación de este valor suele ser sencilla, por ejemplo a partir de un plano con curvas de nivel, con GPS, altímetro o mediante la información obtenida desde alguna aplicación web. Esta cota es la referencia de los niveles para definir el resto de propiedades.

Otro de los parámetros a caracterizar es el nivel mínimo, Nmin. En un depósito real, este valor rara vez coincide con la cota de solera, ya que funcionalmente es interesante mantener un volumen muerto donde se acumule la suciedad que lleva el agua. El nivel mínimo suele coincidir con la altura de la tubería de salida respecto a la cota de solera. Ahora bien, la respuesta de EPANET cuando el depósito se vacía y se alcanza el nivel mínimo puede ser diferente:

  • Si no existe otro punto de aporte, el depósito sigue alimentando los consumos aun habiendo alcanzado el nivel mínimo fijado, eso sí, el programa muestra una advertencia, pero los resultados mostrados tienen que ser correctamente interpretados.
  • Si existe otro punto de aporte, EPANET fuerza el cierre de la tubería de salida del depósito y mantiene la alimentación desde otros puntos (en este caso no muestra ninguna advertencia).

En ambas situaciones se deben analizar los resultados con precaución, ya que es posible que los resultados sean muy diferentes al comportamiento real. En cualquier caso, si esta situación ocurriera durante el funcionamiento del depósito, posibilitaría la entrada de aire en la red, con los inconvenientes que de ello derivan.

Por otro lado, hay que fijar el nivel máximo  del depósitoNmax, que suele coincidir con la altura a la que se encuentra la conducción del rebosadero respecto a la cota de solera. Cuando se alcanza este nivel EPANET cierra la tubería de alimentación (sin mostrar ninguna advertencia). Si en el siguiente periodo de cálculo el nivel desciende (por la alimentación a puntos de consumo), EPANET vuelve a abrir la tubería de entrada, manteniendo el cierre y apertura en función del nivel de agua. Este comportamiento no siempre es real, y muchas veces se deberá acudir a leyes de control para regular este llenado.

Las tres posibles situaciones en función del nivel z de agua en el depósito:

  • Si el nivel está por encima del nivel máximo (z>Nmax): no entra agua al depósito (EPANET cierra la tubería de entrada).
  • Si el nivel está por debajo del nivel máximo (z<Nmax) y no se ha llegado al nivel mínimo (z>Nmin): entra agua al depósito.
  • Si el nivel llega al nivel mínimo (z=Nmin): EPANET no hace nada o  cierra la salida en función de si existe o no otra fuente de alimentación.
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Cortesia IZARVI.COM

Complementariamente, y para que EPANET evalúe en cada instante el nivel del agua, es necesario introducir el diámetro del depósito. Este valor es sencillo en el caso de depósitos cilíndricos, pero en la realidad, la mayoría de depósitos acuden a formas diferentes, por tanto no es tan evidente la caracterización de este parámetro. Por un lado, para secciones transversales constantes a lo largo de toda la altura del depósito, se debe acudir al diámetro equivalente en función del área A, Deq=raíz(4·A/pi) en el caso de depósitos rectangulares. Por otro lado, si la sección del depósito es variable en función del nivel del agua, situación que también suele ocurrir con frecuencia, EPANET permite introducir una Curva de cubicación. Esta curva relaciona el volumen de agua acumulado en función del nivel respecto a la solera.

Con la información anterior es posible caracterizar a un nivel básico el comportamiento de un punto de alimentación en una red, pero como veremos en próximas entradas, es posible aproximar en mayor medida la respuesta de un punto de alimentación (depósito o embalse) a un elemento real de una red.

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