Cálculo hidráulico mediante SWMM 5.0

1. Cálculo hidráulico mediante SWMM 5.0 Manuel Gómez Valentín ETS Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona

2. Tipo de flujo en la red de drenaje • Lámina libre, según el criterio de diseño • No permanente, variación de todos los parámetros hidráulicos (calado, caudal o velocidad) a lo largo del tiempo

3. Movimiento no permanente • Aproximación más completa • Reflejo más aproximado de la realidad • Mayor complejidad de cálculo • Poco utilizado en general en España, por desconocimiento y por falta de datos • Necesidad de utilizar un modelo de simulación

4. Flujo no permanente • Consideraciones que solo se pueden tener en cuenta en régimen permanente • Laminación de caudales • No unicidad entre calado y caudal • Volumen del hidrograma Q y

5. Aproximaciones con flujo permanente • Se asume un flujo permanente particularizado para el caudal máximo de paso • M. Permanente uniforme • M. Permanente gradualmente variado • Un flujo permanente no se puede aplicar en caso de cálculo de depósitos

6. SWMM • Modelo completo de cálculo de redes • Programa de la EPA Univ. Oregón • Versión básica (MS-DOS) vía Web • Bloques: • RUNOFF • EXTRAN, etc.

7. Versión SWMM 5.0 • Nueva versión en entorno Windows (Noviembre 2004) • Interface similar al de otros programas EPA, como EPANET • Versión de dominio público • Redes de tamaño ilimitado • http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/index.htm • Versión en español http://www.gmmf.upv.es/descargas/manualSWMM.pdf

8. Mov. Permanente en SWMM 5.0 • Estimación para casos simplificados • Estimación con régimen permanente uniforme • Sólo útil para predimensionar no para calcular la red

9. Flujo no permanente • Conservación de la masa • Equilibrio de fuerzas

10. SWMM 5.0 : opciones de cálculo • Menú “Simulation options”

11. SWMM 5.0 : opciones de cálculo • Onda cinemática • Adecuada para conductos de gran pendiente • No atenúa los hidrogramas de caudal (si lo hace en los resultados, es debido a problemas numéricos) • No considera las condiciones de contorno aguas abajo • Más estable numéricamente

12. SWMM 5.0 :opciones de cálculo • Onda difusiva • Adecuada para conductos de cualquier pendiente • Atenúa los hidrogramas de caudal • Considera las condiciones de contorno aguas abajo • Menor tiempo de cálculo, pero no supone un gran ahorro • Opción a considerar de nuevo, en casos de inestabilidades de cálculo

13. Comparación de fuerzas actuantes • Importancia relativa de las fuerzas para conductos de diferentes pendientes

14. Reg. No permanente en SWMM 5.0 • Escribe las ecuaciones en términos Q,y

15. Reg. No permanente en SWMM 5.0 • Ecuaciones en cada conducto, combinación de C. masa y C. cantidad movimiento

16. Reg. No permanente en SWMM 5.0 • Discretización ecuaciones, con un esquema explícito • Esquema de cálculo con estabilidad condicionada • Elegir un intervalo de tiempo de estudio ∆t adecuado

17. Reg. No permanente en SWMM 5.0 • Ecuaciones en cada nudo: C. masa

18. Beneficios del uso del régimen no permanente • Mejor aproximación de la realidad • Diseños más ajustados y económicos • Datos de entrada: hidrogramas Q(t) y datos físico geométricos de la red • Nivel de calidad en los datos de entrada para obtener buenos resultados

19. Capacidad de SWMM 5.0 • Cálculo de redes malladas y arborescentes • Permite todo tipo de flujos • Modela entrada en presión • Análisis gráfico de resultados en la nueva versión • Incorpora un número de condiciones de contorno y elementos especiales suficiente

20. Modelación en SWMM 5.0 • La red está dividida en JUNCTIONS / nodes y CONDUITS / Links • Junctions, pozos de registro • Conduits, tramo entre pozos • Simular toda la red en base a estos elementos • Un solo dato por pozo o conducto, por lo que para conductos largos, se añadirán pozos ficticios

21. Modelación en SWMM 5.0 • Adición de elementos “auxiliares” para acabar de representar el comportamiento de la red • Reguladores de flujo • Outlets

22. Reguladores de flujo SWMM 5.0 • Diferentes opciones: • Orificios • Vertederos • Flow dividers • Elementos muy sensibles desde el punto de vista de la estabilidad del cálculo y que habrá que verificar

23. Orificios SWMM – Depósitos: Q salida • Orificios de salida, dos tipos: • DE FONDO • LATERAL

24. SWMM – Orificios • Orificios de salida, dos tipos: • DE FONDO • LATERAL

25. Vertederos SWMM – Depósitos: Q salida • Vertederos, 4 tipos: • RECTANGULAR • TRAPECIAL • TRIANGULAR • LATERAL

26. SWMM – Vertederos • Vertederos, 4 tipos: • RECTANGULAR • TRAPECIAL • TRIANGULAR • LATERAL

27. SWMM - Depósitos • Hietograma • Subcuencas • Nudos • Salidas de la red • Divisores flujo • Depósitos • Conductos • Bombas • Orificios • Vertederos • Salidas controladas • Etiquetas • Interfaz muy intuitiva y sencilla

28. SWMM - Depósitos • Incluye un elemento específico para modelar el depósito STORAGE UNIT

29. SWMM - Depósitos • Detalles del depósito: Curva Altura / superficie en planta

30. SWMM – bombeos SWMM – Depósitos Bombeo • Posibilidad de incluir bombeos dentro de la red • 4 posibilidades de definir el funcionamiento

31. SWMM –Bombeo • Ejemplo, conexión del bombeo definido por cotas de agua en el pozo

32. SWMM – Outlets • Permiten representar elementos con una ley de comportamiento hidráulico propio

33. Caudales impuestos por el usuario

34. Compuertas: Leyes de control • Posibilidad de incluir compuertas de salida del depósito • Definir una ley de aberturas mediante la opción CONTROL RULES • Hay que comprobar cuál es la ley de control más adecuada: simulaciones con SWMM 5.0

35. Control rules • Aplicable a aberturas de compuertas, altura de vertedero (presa inflable) orificios de área variable, bombeos variables, etc • Editar con formato según SWMM

36. Modelos comerciales basados en SWMM • XP-SWMM • PC-SWMM • MIKE-SWMM • HYSTEM-EXTRAN • Otros

37. Ejemplo de cálculo • Cálculo de una porción de red con un depósito de retención • Revisión de algunos problemas de tipo numérico que pueden aparecer