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Cálculo hidráulico deDepósitos de retención
Manuel Gómez ValentínETS Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona
Tipo de flujo en la red de drenaje
Lámina libre, según el criterio de diseñoNo permanente, variación de todos los parámetros hidráulicos (calado, caudal o velocidad) a lo largo del tiempo
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Movimiento no permanente
Aproximación más completaReflejo más aproximado de la realidadMayor complejidad de cálculoPoco utilizado en general en España, por desconocimiento y por falta de datos
Flujo no permanente
Consideraciones que solo se pueden tener en cuenta en régimen permanente
Laminación de caudalesNo unicidad entre calado y caudalVolumen del hidrograma
Q
y
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Aproximaciones con flujo permanente
Se asume un flujo permanente particularizado para el caudal máximo de paso
M. Permanente uniformeM. Permanente gradualmente variado
Al ser un flujo permanente no se puede aplicar al cálculo de depósitos
M. Permanente uniformeRelación única calado / caudal. Uso de ábacos de dimensionamiento que consideran fórmulas empíricas (Manning, Chezy)
No considera las influencias del resto de la redNo considera la longitud del colectorTipo de flujo poco frecuenteFácil de calcular
DiseDiseñños os infradimensionadosinfradimensionados o sobredimensionadoso sobredimensionados
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M. Permanente gradualmente variado
Curva de remanso para el caudal máximo de circulación
Considera las influencias de otros colectores a través de la condición de contorno de cálculoTiene en cuenta la longitud del colectorDiseños más ajustados y por tanto económicosSuele estar algo del lado de la seguridad con respecto al cálculo en régimen no permanente (10-15%)
Flujo no permanente
Conservación de la masa
Equilibrio de fuerzas
0=∂∂
+∂∂
+∂∂
xv
bA
xyv
ty
0)( =−−∂∂
+∂∂
+∂∂
fo II gxyg
xvv
tv
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Simplificaciones del régimen no permanente
Eliminar términos de la ecuación dinámica
0)( =−−∂∂
+∂∂+
∂∂
fo II gxyg
xvv
tv
O..cinemática
O. Difusiva
O. Dinámica
Beneficios del uso del régimen no permanente
Mejor aproximación de la realidadDiseños más ajustados y económicosDatos de entrada: hidrogramas Q(t) y datos físico geométricos de la redNivel de calidad en los datos de Nivel de calidad en los datos de entrada para obtener buenos entrada para obtener buenos resultadosresultados
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Condiciones a exigir a un modelo de cálculo en régimen no permanente
Cálculo de redes arborescentes y malladas
Condiciones M. No permanente
Inclusión de todo tipo de condiciones de contorno habituales, externas (entrada de caudal, salida a través de pozos) o internas (nudos de unión de colectores, cambios de régimen, etc)
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Condiciones M. No permanente
Admisión de todo tipo de flujos: rápidos y lentosRepresentar la entrada en carga de la red (diagnóstico de redes existentes)Admisión de todo tipo de geometrías de sección transversal
Condiciones M. No permanente
Existencia de módulos gráficos de análisis de resultados
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Modelos comerciales más habituales
SWMMMOUSEINFOWORKSCANOESOBEKSewerGEMSOtros
SWMMModelo completo de cálculo de redesPrograma de la EPA Univ. OregónVersión básica (MS-DOS) vía WebBloques:
RUNOFFEXTRAN, etc.
Otras opciones comerciales, XP-SWMM, HYSTEM-EXTRAN, etc
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XP-SWMM
XP software ha desarrollado módulos de pre y postproceso (1991 primera versión)
XP-SWMMAnálisis gráficos más cómodos, exportación a GIS, etc.
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Módulo GIS en XP-SWMM2000
ArcViewdBase, SHP
MapInfo MIF
AutoCadDXF, DWG
Access, Excel
etc
PCSWMM
Desarrollado en la Universidad de GuelphUtiliza el mismo código EPAMódulos de entrada y salida gráficos bastante completosCoste algo más económico
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PCSWMMUso de un menú autoexplicativo para moverse. Muy usado en USA y Canadá
MIKE-SWMM
El DHI desarrolló una entrada de datos y salida de resultados para SWMMVisualizador gráfico similar al de MOUSEMismo código de cálculo SWMM-EPA
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MIKE-SWMM
Versión SWMM 5.0
Nueva versión en entorno Windows (Noviembre 2004)Interface similar al de otros programas EPA, como EPANETVersión de dominio públicoRedes de tamaño ilimitado
http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/index.htm
Versión en español http://www.gmmf.upv.es/descargas/manualSWMM.pdf
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SWMM 5.0
SWMM 5.0La red está dividida en JUNCTIONS / nodes y CONDUITS / LinksJunctions, pozos de registroConduits, tramo entre pozosSimular toda la red en base a estos elementos
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SWMM 5.0
Aplica continuidad en pozo, y cantidad de movimiento en conducto
Uso de secciones predefinidas, pero también secciones definidas por puntos
Versión SWMM 5.0
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Análisis de resultados más cómodo y flexible
Versión SWMM 5.0
SWMM Interfaz de usuarioInterfaz muy intuitiva y sencilla
HietogramaSubcuencasNudosSalidas de la redDivisores flujoDepósitosConductosBombasOrificiosVertederosSalidas controladasEtiquetas
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SWMM - DepósitosIncluye un elemento específico para modelar el depósito STORAGE UNIT
SWMM - DepósitosDetalles del depósito: CurvaAltura / superficie en planta
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SWMM – Depósitos: Q salidaOrificios de salida, dos tipos:
DE FONDOLATERAL
SWMM – Depósitos: Q salidaOrificios de salida, dos tipos:
DE FONDOLATERAL
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SWMM – Depósitos: Q salidaVertederos, 4 tipos:
RECTANGULARTRAPECIALTRIANGULARLATERALLATERAL
SWMM – Depósitos: Q salidaVertederos, 4 tipos:
RECTANGULARTRAPECIALTRIANGULARLATERAL
2/3)( od hHLCQ −=
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SWMM – Depósitos con Salida controlada
Salidas con relaciones calado / caudal que no se expresan como las anteriores (ej: vortex válvulas)
SWMM – Depósitos BombeoPosibilidad de incluir bombeos dentro de la red4 posibilidades de definir el funcionamiento
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SWMM – Depósitos BombeoEjemplo, conexión del bombeo definido por cotas de agua en el pozo
Otras opciones: Caudales impuestos por el usuario
Time Series FCB_A8aDEPOSIT
Elapsed Time (hours)20191817
8
7
6
5
4
3
2
1
0
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Compuertas: Leyes de control
Posibilidad de incluir compuertas de salida del depósitoDefinir una ley de aberturas mediante la opción CONTROL RULESHay que comprobar cuál es la ley de control más adecuada: simulaciones con SWMM 5.0
CONTROL RULESAplicable a aberturas de compuertas, altura de vertedero (presa inflable) orificios de área variable, bombeos variables, etcEditar con formato según SWMM
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SWMM 5.0
Herramienta adecuada para el diseño de depósitos de retenciónPermite rápidamente realizar un diseño conjunto red – depósitoFlexibilidad para comprobar diferentes opciones de diseño: orificios
Ejemplo de Depósito de retención
Sant Joan Despí – Zona deportiva FCB
Cálculo hidráulico mediante SWMM 5.0
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MOUSE
Desarrollo del Instituto Hidráulico de DinamarcaEl primer modelo concebido para PC (mediados años 80)Utiliza códigos de cálculo propios del DHI, muy utilizados anteriormente
MOUSE
Módulo hidrológicoModelo Area-tiempo (A) Modelo de onda Cinemática (B) Modelo de depósito Lineal (C)
Módulo hidráulico HDSaint Venant completo
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MOUSE
Desarrollo de módulos específicos para otros temas:
Transporte de sedimentosControl en tiempo realSimulación continuadaPropagación de contaminantes
Conectividad con otros programas del DHI o de terceros (MIKE11, STOAT,...)
INFOWORKS-HYDROWORKS
Desarrollo de Hydraulic Research a través de Wallingford SoftwareSerie de programas desarrollados WALLRUSS SPIDA,
HydroWorks
InfoWorks
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INFOWORKS-HYDROWORKS
Similar en concepción a MOUSEOpciones casi iguales en lo que respecta a los componentes básicos.La nueva versión ha incluido modelos más generales desde la primera que consideraba métodos de tipo empírico calibrados para el Reino Unido
INFOWORKS-HYDROWORKSHydroworks más sencillo de aplicar. InfoWorks útil en caso de trabajo con GIS, pero más complejo de utilizar
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CANOE
Actualización para PC del modelo CAREDASModelo con poco más de dos años, comercializado por SOGREAH Poco utilizado y escasas referencias de su uso
SOBEK - Urban
Desarrollado por Delft HydraulicsIntegrado en un bloque de programas general SOBEKMódulos de Hidrología – Hidráulica y Control en Tiempo Real
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SewerGEMSDesarrollado por Haestad Mt. (Bentley)Programa de trabajo integrado con AutoCad o ArcGIS
Otros programas de cálculo
MARA Modelo de Análisis de Redes de AlcantarilladoDesarrollado en 1988, en la ETS Ing. Caminos de BarcelonaModelo hidráulico, se trabaja en su conexión con HEC-HMSEmpleo en la remodelación de colectores de Barcelona, Pamplona, etc.