Análisis del golpe de ariete en un sistema de distribución de agua

Twyman, John

doi:10.4995/ia.2017.6389

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“…Steady-state flow was solved using EPANET (Rossman, 1993), and the transient flow was solved applying the MOC traditional version. The state variables were calculated in a fixed and square space-time mesh (Twyman, 2017a). All simulations were carried out in a standard PC (32 bits) with 1.2 (GHz) of processing speed.…”

Section: Pipe Network Consists Of 45 Pipes and 29 Nodesmentioning

confidence: 99%

“…Equations governing the transient flow along with wave speed and Method of Characteristics (MOC) formulation are extensively discussed in the classic books by Wylie and Streeter (1978) and Chaudhry (1979). These topics can also be studied in recent articles by Twyman (2016aTwyman ( , 2016bTwyman ( , 2017a. Finally, it is possible to study how to pose and solve boundary conditions within the MOC's context in Karney and McInnis (1992), so no further details will be given here.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Golpe de ariete en una red de tuberías debido al cierre rápido de una válvula

Twyman¹

2018

Rev. ing. constr.

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Water hammer in pipe networks is a subject little discussed in the technical literature. This may be due to the belief that the network shape helps to reduce its impact, since the pressure waves would tend to subdivide as they propagate through the system pipes. In this article the water hammer is analysed in a pipe network due to the closure of a valve modelled how if it were of type butterfly, gate circular, gate square, ball, needle and globe. It is concluded that the extreme pressure values depend on the type of valve which it is being closed, and that the network shape is not a relevant factor that it helps to attenuate the transient pressures.

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Section: Pipe Network Consists Of 45 Pipes and 29 Nodesmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Golpe de ariete en una red de tuberías debido al cierre rápido de una válvula

Twyman¹

2018

Rev. ing. constr.

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“…Sin embargo, pese a estas ventajas su popularidad ha sido limitada debido a que es un esquema relativamente complejo de programar porque, en su versión tradicional, requiere construir y resolver un sistema de ecuaciones en cada ∆t que englobe todo el sistema, considerando la forma de la red (conectividad), tuberías y condiciones de borde. En este artículo se aplicará una formulación mejorada que reduce la complejidad del MDFI tradicional al trabajar con ecuaciones de compatibilidad que permiten desacoplar la red en sus nodos de borde y resolver cada tramo según el MDFI (u otro esquema) en cada paso de tiempo, facilitando el manejo de las condiciones de borde y reduciendo el tamaño del sistema de ecuaciones a un valor proporcional a la cantidad de sub-tramos que tenga cada tubería (Twyman, 2017b). El flujo transitorio en un sistema que transporta agua con aire disuelto será abordado según el MDFI de acuerdo a las fórmulas mostradas en Twyman (2017b), modificando solamente la forma de cálculo de a, la cual deberá atenerse a lo mostrado en las ecuaciones (1) a (3) del presente artículo.…”

Section: Materials Y Métodosunclassified

“…En este artículo se aplicará una formulación mejorada que reduce la complejidad del MDFI tradicional al trabajar con ecuaciones de compatibilidad que permiten desacoplar la red en sus nodos de borde y resolver cada tramo según el MDFI (u otro esquema) en cada paso de tiempo, facilitando el manejo de las condiciones de borde y reduciendo el tamaño del sistema de ecuaciones a un valor proporcional a la cantidad de sub-tramos que tenga cada tubería (Twyman, 2017b). El flujo transitorio en un sistema que transporta agua con aire disuelto será abordado según el MDFI de acuerdo a las fórmulas mostradas en Twyman (2017b), modificando solamente la forma de cálculo de a, la cual deberá atenerse a lo mostrado en las ecuaciones (1) a (3) del presente artículo. Más detalles sobre el flujo transitorio en redes de tuberías y métodos de solución pueden hallarse en los textos de Wylie y Streeter (1978), Chaudhry (1979), Watters (1984) y Twyman (2017a), y en los artículos recientemente publicados por Twyman (2016aTwyman ( ,b, 2017bTwyman ( , 2018, por lo que se omitirá entregar más detalles aquí.…”

Section: Materials Y Métodosunclassified

“…Los restantes sub-tramos interiores son discretizados usando la relación ∆ * = − • ∆ /( − ), donde puede ser mayor o menor que 1.0 dependiendo de la relación que exista entre ∆ y ∆ . Esta forma de discretizar el tramo no representa complicación alguna para el MDFI al momento de construir el sistema de ecuaciones necesario para determinar y en cada nudo de la red en cada paso de tiempo (más detalles de la forma y aplicación del sistema de ecuaciones en Twyman, 2017bTwyman, , c, 2018. El resultado entregado por la discretización flexible es bastante aceptable respecto del resultado obtenido con ∆x = L/N, con un leve corrimiento de la onda de presión que se manifiesta pasados 0.5 (s) del tiempo de simulación.…”

Section: ∆X Variableunclassified

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Análisis implícito del flujo transitorio de agua con aire disuelto

Twyman¹

2018

ing.agua

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Twyman | Análisis implícito del flujo transitorio de agua con aire disuelto 27 Ingeniería del Agua | 22. 1 | 2018 Análisis implícito del flujo transitorio de agua con aire disuelto RESUMENSe aplica el método de diferencias finitas implícito (MDFI) para resolver el flujo transitorio en un sistema que transporta agua con aire disuelto utilizando una malla espacio-tiempo rectangular fija (o variable) definida por el método del paso de tiempo especificado. El contenido de aire en el fluido modifica tanto la velocidad de la onda como el número de Courant, lo cual hace inconveniente aplicar el Método de las Características (MC) tradicional y otros esquemas explícitos debido a su imposibilidad para simular los cambios en la magnitud, forma y frecuencia del tren de presiones. La conclusión es que el MDFI entrega una solución precisa y estable, con un buen nivel de ajuste respecto de un caso clásico reportado en la literatura, siendo una alternativa válida para la solución del transitorio en sistemas que transportan agua con aire disuelto. Palabras clave INTRODUCCIÓNEl método de las características (MC) es el esquema más usado para la solución del flujo transitorio en redes de tuberías debido a sus propiedades numéricas: precisión, estabilidad, rapidez y facilidad para modelar distintas condiciones de borde (estanques, depósitos, válvulas, bombas, etc.). La principal desventaja del MC es que debe cumplir irrestrictamente con la condición de Courant (C n ) para garantizar la calidad y confiabilidad numérica de los resultados, lo cual restringe la forma de discretización de la malla espacio-tiempo, lo cual significa que la relación entre el paso de tiempo ∆t, la subdivisión de los tramos ∆x (= L/N, con L = longitud de la tubería y N = número de sub-tramos) y la velocidad de la onda (a) no puede ser escogida arbitrariamente, siendo necesario cumplir con la relación ∆t = ∆x/a en todos los tramos del sistema. Es claro que en las redes de tuberías reales es imposible cumplir con Courant a partir de un ∆t común porque los sistemas generalmente están compuestos por tuberías de diferentes dimensiones (longitudes, diámetros, espesores) y materiales constituyentes (acero, PVC, etc.). Por lo tanto, la aplicación del MC para solucionar el flujo transitorio en redes complejas supone aplicar un procedimiento de interpolación, generalmente en el eje espacial de la discretización, para determinar las variables de estado (Q = caudal, H = presión) en los nodos internos y de borde de cada tubería del sistema que tenga un C n < 1.0. Sin embargo, la aplicación del proceso de interpolación implica la aparición de atenuaciones numéricas en los resultados (Goldberg y Wylie, 1983). Otro camino que evita la interpolación es ajustar la velocidad de la onda (±15%) en aquellas tuberías donde C n < 1.0 hasta cumplir con ∆t = ∆x/a, aún cuando este proceder supone un riesgo en el sentido que podría significar adoptar valores físicos inconsistentes o directamente irreales (Twyman, 2016b). El MC es aplicable en casi cualquier tipo de sistema, aún cu...

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Discretización de la red para el análisis del flujo transitorio

Twyman¹

2019

ing.agua

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<p>Al aplicar el método de las características en el análisis transitorio se debe discretizar la red de tuberías de forma tal que se evite la aparición de errores debido al incumplimiento de Courant, lo cual puede ser difícil de conseguir ya que los sistemas generalmente están compuestos por tuberías diversas en cuanto a sus características físicas (longitud, material constituyente, etc.). Para solucionar esto existen técnicas como el método de ajuste de la velocidad de la onda (MAVO) que, pese a ser un método fácil de aplicar, debe cumplir con varias condiciones difíciles de verificar, aún en sistemas muy simples. Al analizar un sistema más complejo se concluye que el expediente de eliminar los tramos conflictivos o reemplazarlos por tuberías ficticias permite obtener una solución cercana a la exacta sin necesidad de aplicar el MAVO, en tiempos de ejecución bajos y sin afectar en forma sensible la calidad de los resultados.</p>

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Análisis del golpe de ariete en un sistema de distribución de agua

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Golpe de ariete en una red de tuberías debido al cierre rápido de una válvula

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