Siempre, como ingenieros dedicados al diseño de redes de agua potable así como de las destinadas a la recolección de las aguas servidas, el asunto de realizar el cálculo y distribución adecuada del consumo de agua en los nodos y/o tuberías del modelo matemático de la red en cuestión ha sido un problema de mediana a alta complejidad.
Para los que hemos realizado ésto de forma manual, es conocido que el proceso involucra una serie de pasos que requieren de no sólo contar con valores de referencia de, por ejemplo, el consumo doméstico del agua o de dotaciones por habitante, sino también de realizar cálculos que permitan definir en detalle las características de demanda de cada tipo de edificación dentro del área atendida por las redes de agua potable o servidas. Inclusive es necesario, especialmente cuando estamos ante sistemas de mayor envergadura, tratar con la información de los planes de desarrollo urbano en los que se refieren densidades de población que nos llevarán a determinar la población de diseño dentro de un área determinada para así poder realizar el cálculo respectivo del consumo de agua asociado.
Si bien es cierto que la mayoría de los “especialistas” suelen realizar simplificaciones de los cálculos de la demanda de agua en redes de distribución, es también cierto que la existencia de metodologías así como normas en cada país para realizar este cálculo nos obligan en gran parte a que todos y cada uno de nuestros diseños sean consistentes entre sí evitando, en lo posible, entrar en “suposiciones basadas en la experiencia” (la de cada quien, claro) que pudieran hacer difícil el comprender el criterio seguido al momento de realizar el diseño de la red de distribución.
Orientados en estos criterios es que en HidraSoftware estamos orientados en generar herramientas informáticas no sólo prácticas sino que también permitan, al profesional de la ingeniería, realizar de forma sencilla y sistemática cálculos más bien tediosos como el de la determinación del consumo de agua en determinada red.
Así que te invitamos a seguir leyendo y así conocer las características de nuestro nuevo (no tanto, como ya referiremos) programa: El localizador de Demandas.
Bueno, bueno, en realidad no es un nuevo programa…
Ciertamente, los que nos vienen siguiendo desde el principio del proyecto que representa HidraSoftware, sabrán que ya existía, entre nuestros productos, una versión de este programa que tenía la “particularidad” de que operaba como una macro o módulo dentro de AUTOCAD en su versión 2012.
Si bien esta aplicación era bastante práctica, también hay que decir que estaba limitada, principalmente por tener que depender de la plataforma para la que estaba desarrollada (AUTOCAD 2012) y, al realizar la gente de AUTODESK (empresa detrás de AUTOCAD) cualquier cambio de versión, era requerida la modificación parcial del programa para poder adaptarlo a las nuevas condiciones, aun cuando no fuera necesaria una modificación para mejorar nuestro programa en sí.
El hecho es que, en general, el mantenimiento del Localizador en su versión para AUTOCAD se tornó algo complicado para nosotros decidiendo en este año no ofrecerlo más en esta configuración y tratar de generar una versión completamente independiente de cualquier otro programa o plataforma.
[blockquote] Es por ello que, ya dentro de nuestros planes de mejoras para todos nuestros productos, hemos optado por iniciar incorporando dentro de este programa a un módulo que permite realizar acciones de dibujado de los elementos a diseñar como si de un programa CAD se tratara.[/su_quote]
El Localizador de Demandas será entonces el pionero de lo que verás en el corto plazo en nuestros otros programas que requieran de la opción de dibujado (DREN-URBA, CLOACAS, PLUMBER y DESAGÜES).
En todo caso, sigue leyendo para que conozcas lo que estamos ofreciendo…
¿Para qué necesitas al Localizador de Demandas?
En términos simples, el objetivo principal de este programa es el de determinar las demanda de agua en los nodos de una red de distribución (de agua potable, claro).
Aunque ya estamos considerando que la próxima versión del localizador incorpore la opción de realizar el cálculo de la red de distribución de agua potable es importante que tengas en cuenta que la actual sólo te permitirá realizar la asignación, localización y cálculo de las demandas de agua potable de edificaciones y áreas de desarrollo dentro del urbanismo en estudio hacia los nodos y tuberías de determinada red que dibujarás o crearás dentro del programa. Así que, reiteramos: No te permitirá ni diseñar (calcular diámetros de tuberías) ni calcular parámetros hidráulicos (como presión o velocidad) en una red hidráulica.
Es lo que referimos al inicio de este artículo: El Localizador de Demandas te permite sistematizar y, por supuesto, agilizar el tedioso, y eventualmente complicado, proceso de calcular las demandas en los nodos de una red de distribución de agua. Los resultados que este programa genera pueden entonces ser utilizados en programas más especializados (como EPANET, si estás calculando redes de agua potable o CLOACAS para el caso de las de aguas servidas).
Dicho ésto, te damos una introducción general a las características de este programa en su nueva versión:
¿Cómo Calcula el Localizador de Demandas el Consumo de Agua en una red?
El Localizador de Demandas busca asignar, basado en la menor distancia entre el punto en donde se origina la demanda de agua potable (o la descarga de agua, en el caso de sistemas de recolección de aguas servidas) y el componente de la red sobre el cual se realiza el cálculo: un Nodo o una Tubería, el consumo correspondiente.
La forma más básica de comprender esto la verás en la siguiente figura:
en la que te presentamos la asignación de las demandas, representadas por los objetos con forma triangular en el área de dibujo, en función de su cercanía al nodo.
Así verás que, por ejemplo, la demanda total del nodo A1-4 es de 23.462,50 l/d, calculada a partir de la asignación de las demandas específicas de los tres puntos de demanda más cercanos. Cada una de las líneas en color rojo, representa la línea de asignación de la demanda y, cada uno de los triángulos corresponde, para los efectos del Localizador de Demandas, a una Parcela de Demanda.
Observa que, para el caso particular de la imagen previa, hay dos Parcelas de Demanda Diferentes: la UF-1 y la MF-1, cada una está asociada a un tipo de edificación (cada una con un uso determinado) y, por lo tanto, con una demanda de agua específica.
Así, como verás en este tutorial (haz clic para verlo), es posible mantener en el programa (y dentro de cada proyecto que crees con él) una librería de dotaciones asociadas a distintos usos las cuales puedes modificar o, mejor aún, crear nuevas para adaptarlas a los valores normativos utilizados en tu país.
Así, sólo tendrás que identificar desde el proyecto urbanístico para el cual realizarás el estudio del consumo de agua necesario en el diseño de la red respectiva, las características de cada lote o parcela en lo que respecta al consumo de agua, agruparlas en parcelas típicas y crear, para cada una de éstas, una Parcela de Demanda en el programa a través del botón en el panel Parcelas de la Ficha Demandas:
Por ejemplo, para el caso mostrado en la primera figura, verás que para la parcela MF-1 se está modelando la demanda de agua de un lote o parcela en el que se emplazará una edificación de uso multifamiliar con las siguientes características:
De esta forma, habiendo creado estas parcelas típicas, sólo te quedará ubicarlas (dibujándolas) en el área de dibujo, en su ubicación respectiva para dejar todo listo para su correspondiente asignación a la red para la cual estás realizando el cálculo de la demanda de agua.
El Generador de Parcelas de Demanda que encontrarás en el Localizador es el mismo que introdujéramos con el programa CLOACAS, así que la forma de utilizarlo así como sus características las puedes revisar haciendo clic aquí.
Otra forma de Calcular la Demanda de Agua con el Localizador: Los Polígonos de Demanda
Una nueva adición, respecto a la versión original para AUTOCAD que ya te referíamos, es la posibilidad de obtener la demanda de polígonos cerrados dentro del área para la cual estás realizando el estudio de dotaciones.
En este tutorial te damos los detalles pero, en general, la idea de los Polígonos de Demanda es ofrecer la posibilidad de calcular el consumo de agua sobre la base de la extensión o área que delimita el polígono en cuestión.
El uso más común en la práctica de este concepto es cuando se está realizando la determinación de poblaciones de saturación partiendo de densidades urbanas (número de habitante por unidad de área, Hab/Ha, por ejemplo) que quedan delimitadas en los Planes de Desarrollo Urbano de la ciudad precisamente por Polígonos.
De esta forma, definiendo el polígono en el área en estudio y habiendo especificado la densidad poblacional correspondiente, será posible obtener la población respectiva y, si incluyes la dotación diaria de agua por persona, podrás conocer la demanda total de dicho polígono.
En la figura verás las propiedades y resultados de uno de los tipos de Polígonos de Demandas dentro de un proyecto realizado con el Localizador de Demandas:
En este caso, no sólo obtienes la población en el sector delimitado por el polígono, sino que también obtendrás la demanda total y, como ves aquí:
el polígono (con su demanda, claro) podrá ser asignado a un nodo (o a una tubería, dependiendo del método de asignación de demandas a utilizar), basados en la cercanía de su centroide al objeto respectivo.
Verás que, al utilizar la opción de creación de polígonos de demanda, encontrarás que hay distintos tipos en el programa:
- Un polígono de Densidad es el que ya te hemos referido previamente aquí. En ellos especificas un valor para la densidad de población y otro para la dotación de agua por persona para que, a partir del área respectiva, el Localizador de Demandas pueda determinar la demanda de agua
- En un polígono de Caudal unitario se determina el consumo de agua a partir del área calculada para el polígono y un valor de Caudal por unidad de área que deberás especificar en el diálogo de creación de polígonos de demanda del programa.
- Los polígonos de Área de influencia están orientados a operar como delimitadores del área de influencia de los elementos del proyecto (Nodos o Tuberías, de acuerdo al tipo de método de asignación de las demandas que hayas seleccionado en el programa). De esta forma, el consumo de agua en ellos ya no depende de un factor específico (ni siquiera de su área) sino más bien de la dotación de las parcelas de demanda que se detecten dentro de cada uno de ellos.
Si observas la siguiente figura, verás la información que el Localizador de Demandas presenta para un polígono de Influencia:
En el ejemplo de la figura verás que la demanda del polígono es calculada a través de la totalización de los consumos de agua de 12 Parcelas de Demanda tipo UF-1 y 3 tipo MF-1, las cuales se encuentran dentro de sus límites en el plano del urbanismo en estudio.
Luego, al detectarse la ubicación del centroide de este polígono como cercana al Nodo A8-3 (en este caso el método de asignación es Cercanía a Nodos), el valor calculado previamente para este polígono es asignado como parte de la demanda del referido nodo.
Los Métodos de Asignación o de Cálculo de la Demanda de Agua en el Programa.
En lo que va de artículo hemos hecho referencia a la forma en que se realiza la asignación de la demanda que el programa calcula para los diferentes elementos que hemos incorporado (parcelas y polígonos de demanda) y, en esencia se incluyen, como verás en el panel Métodos de Asignación de la Ficha Demandas, dos métodos:
Calculo de la Demanda de Agua por Cercanía a Nodos
En este método se ubica, para cada parcela y polígono de demanda visible en el área de dibujo, el nodo más cercano (aquél, de todos los nodos de la red, cuya distancia al punto de inserción de la parcela o el centroide del polígono, sea la menor), asignándose a él los objetos detectados y obteniendo luego la demanda respectiva como la suma de las demandas específicas de estos objetos. La tabla de resultados de demandas en nodos para esta opción de cálculo es similar a la presentada a continuación:
Calculo de la Demanda de agua por el Método de la Repartición Media
Con esta opción ya es necesario conocer del trazado de las tuberías entre cada nodo pues, como paso intermedio del método, es requerido determinar la demanda propia o asociada a cada tubería para el posterior cálculo de la demanda final en cada nodo de la red de distribución de agua (o de recolección).
Así que se determina aquí, para cada parcela y polígono de Demanda, cuál es la tubería más cercana (aquélla con la menor distancia perpendicular con el punto de inserción de la parcela o el centroide del polígono) asignándose el objeto a dicha tubería para obtener una demanda o dotación para ella sumando las demandas de los respectivos objetos asignados.
Luego esa demanda es utilizada para determinar la demanda de cada nodo como el 50% de la suma de las demandas propias de las tuberías conectadas a él.
En este caso, las líneas de asignación son perpendiculares a cada tramo de tubería:
Y la tabla de resultados de demandas en nodos es algo diferente a la del método de cercanía a nodos:
pues se indica, para cada nodo en la red de distribución, las tuberías conectadas y el correspondiente valor del 50% de la demanda calculada para ella, la cual es determinada y presentada en la tabla de Tuberías, a la derecha de la imagen anterior.
Otra importante Característica: Puedes Crear Objetos del Localizador de Demandas desde Archivos de AUTOCAD, EPANET o EXCEL
Ya la mayoría de nuestros programas (al menos de aquéllos relacionados con la creación de redes) incluyen opciones para convertir entidades gráficas a objetos “hidráulicos” necesarios para poder realizar los cálculos asociados a cada aplicación. El mejor ejemplo es lo que implementamos para CLOACAS como verás en este tutorial.
Para el Localizador esta opción está más ampliada pues podrás crear la red y, dependiendo de la información disponible, Parcelas y Polígonos de Demanda desde tres tipos de archivos:
Creación de La Red de Distribución de Agua (o de recolección), de Parcelas y/o de Polígonos de Demanda a partir de Archivos de Dibujo (formato DWG o DXF de AUTOCAD).
Con esta opción dentro del Localizador de Demandas puedes generar, de ser el caso, la totalidad de los componentes de un proyecto para el cálculo del consumo de agua en determinada red de distribución.
Cuando utilizas esta opción (botón DXF/DWG) desde el panel Importar Objetos de la Ficha DIBUJO del programa:
Verás que, desde el diálogo de importación, es posible la conversión de diversas entidades del dibujo en objetos que el Localizador de Demandas utilizará en la asignación y cálculo de la demanda de agua:
Es posible que contengas, en el archivo de dibujo a especificar en el diálogo, entidades como círculos o puntos que podrán ser convertidos a nodos dentro del localizador. Igualmente, los nombres de esos nodos pueden estar creados en textos de una línea o textos de líneas múltiples y el Localizador, durante la importación, tratará de asignarlos (en función a la cercanía) al nodo respectivo.
Adicionalmente, habiendo creado previamente las parcelas y polígonos de demanda tipo en tu proyecto, podrás convertir Textos, círculos y/o puntos dentro de determinada capa y convertirlos a la parcela de demanda que especifiques en este diálogo. Y para los polígonos igual: selecciona la capa en la que están las polilíneas que deseas convertir así como el polígono de demanda del proyecto al cual las asociarás y ¡deja al Localizador hacer el resto!
Así podrás tener, en minutos, un proyecto listo para generar la asignación de demandas y obtener así el consumo total de la red.
Creación de La Red de Distribución de Agua Desde Archivos de Intercambio (extensión .INP) de EPANET.
La idea original del localizador de Demandas (en la versión para AUTOCAD que te referimos al inicio) era la de poder suministrar una herramienta que permitiera, además de realizar el cálculo del consumo de agua de forma rápida y libre de errores, la de intercambiar los resultados con programas como el EPANET, con el cual el usuario pudiera realizar rápidamente el cálculo y diseño de redes de distribución de agua.
Es por ello que no podía faltar aquí la opción de poder convertir, a través de la selección de un archivo de intercambio de EPANET, el cual tiene extensión .INP, entidades como nodos y tuberías (con sus coordenadas, elevaciones y otras propiedades necesarias) que podrían ser manipulados por el Localizador y lograr así incluir la demanda calculada para los nodos (la cual EPANET y programas similares utilizan para realizar el cálculo de presiones y caudales en la red de distribución bajo análisis).
Así que, en la opción EPANET del panel Importar Objetos, Ficha Dibujo, podrás acceder al diálogo que te permitirá seleccionar el archivo de intercambio y convertirlo a un proyecto del Localizador. Por supuesto que, al no tener programas como el EPANET esta característica, no hay forma de importar o crear en este caso objetos como Parcelas o Polígonos de Demanda.
Creación de La Red de Distribución de Agua (o de recolección) y de Parcelas Demanda a partir de Archivos de Microsoft® Excel.
Si la información a utilizar en el cálculo de los consumos de agua en la red de distribución o de recolección con la cual estás trabajando está almacenada en forma tabulada y, específicamente, como hojas de Microsoft Excel, es posible que realices la importación de datos como etiquetas, coordenadas, elevaciones y longitudes para ser convertidas a Nodos, Tuberías y/o Parcelas de Demanda dentro del localizador.
Cuando utilizas la opción Excel desde el panel Importar Objetos de la Ficha Dibujo, verás este diálogo:
Desde él podrás seleccionar, para el archivo con el libro de Microsoft Excel que hayas especificado previamente, la tabla u hoja de cálculo dentro del libro desde la cual se tomarán las propiedades, el tipo de objeto a crear desde la tabla y, finalmente, la columna a asignar a cada una de las propiedades necesarias para crear al objeto dentro del programa. Te remitimos al tutorial de creación de redes pulsando aquí, para conocer en detalle el uso de este diálogo.
Y, por Supuesto, Puedes Exportar Datos y Resultados para ser Utilizados en Otros Programas
De forma análoga, todo lo que tengas creado dentro del Localizador de Demandas podrá ser exportado a archivos similares a los expuestos en el aparte anterior, es decir: a un dibujo que puede ser leído en programas como AUTOCAD (extensión DXF y/o DWG), EPANET (extensión .INP) y Microsoft Excel (extensión .xlsx).
La exportación a un archivo de EPANET y de Excel se realizará suponiendo que las unidades de demanda, longitud y diámetro se corresponden a las que tengas especificadas al momento de realizar dicha exportación en el panel Unidades de la Ficha Configuración del Programa.
Así, tienes todo lo necesario para crear la red (importando o dibujándola directamente dentro del programa), realizar el cálculo del consumo de agua en cada nodo (o tubería) y, finalmente, exportar dibujo y resultados a archivos que podrás manipular y preparar para realizar la presentación de tu proyecto.
Demás está decir que, desde el Localizador, podrás también imprimir dibujos y tablas, incluso podrás exportar, como imagen, la vista del área de dibujo. Así que lo tienes todo para producir tus documentos de proyecto.
¿Hacia Dónde Vamos con el Localizador de Demandas?
Parte de las mejoras de esta nueva versión están fundamentadas en recomendaciones dadas por algunos de los usuarios de la versión para AUTOCAD 2012, buscando, en cualquier caso, ofrecer una herramienta lo suficientemente versátil como para poderla “asociar” con otras aplicaciones, como en el caso del EPANET.
Tal como está en este momento, el Localizador ofrece gran parte de lo necesario para realizar un cálculo detallado del consumo o demanda de agua en redes de distribución pues está orientado a establecer la demanda en los nodos de la red pero, si miras bien y, pensando que en el caso de los programas utilizados para el cálculo de redes de alcantarillado sanitario (como CLOACAS), en los que se parte siempre de las demandas calculadas de agua para el urbanismo a ser atendido y que, además, el caudal es asociado, en vez de a los nodos, a las tuberías de la red de cálculo, el Localizador también te ofrece resultados que puedes utilizar en el análisis de este tipo de redes: sólo necesitas seleccionar la opción de asignación a través del método de la repartición media y utilizar en el programa de análisis de tu preferencia los caudales que el Localizador de Demandas calcula para cada tramo en la red. De forma tal que no tienes nada más que buscar para tus análisis.
En todo caso, como referíamos al inicio de este artículo, estamos empezando a incluir el módulo de dibujo en nuestras aplicaciones (las que lo requieran, claro) con miras a ir generando nuevas versiones.
Pero de entrada estimamos que la evolución de este programa como tal irá a incluir la posibilidad de que incorpore opciones como el cálculo (por interpolación) de cotas de nodos a partir de la información de curvas de nivel o de puntos de levantamiento topográfico y, posteriormente, convertirlo en un programa para el diseño de redes de distribución de agua potable.
Ciertamente, la próxima versión de CLOACAS incorporaría la opción de importar los resultados del estudio del consumo de agua que se realice con el Localizador, de forma tal de ofrecer herramientas que se complementen entre sí.
Claro está que, si tienes ideas que quieras agregar a la lista de deseos de este programa, puedes usar el formulario de contacto para contarnos y, en su momento, las tendremos en cuenta para las futuras mejoras.
Como quiera que sea, esperamos que el Localizador de Demandas, satisfaga tus requerimientos como herramienta de análisis en los estudios de demanda de agua en tus proyectos de acueductos y cloacas.