Software para el cálculo de obras hidráulicas

El agua es un elemento fundamental para el desarrollo de la vida y de la actividad humana, de tal forma que el hombre se ha dedicado al desarrollo de diferentes obras de ingeniería para mejorar su uso y facilitar el empleo de la misma en su vida cotidiana.

De esta forma, nos encontramos con la construcción de embalses y depósitos que nos permitan llevar a cabo su almacenamiento para su posterior empleo en la creación de energía, riegos. Abastecimientos a ciudades,…empleo en las fábricas,….

La captación del agua se puede realizar directamente a ríos y embalses mediante las infraestructuras necesarias y, posteriormente, mediante un sistema de tuberías conducirla en las condiciones adecuadas hasta el punto de consumo: fábricas, campos, ciudades,…

Pero para poder acometer estas obras, es necesario realizar estudios sobre el estado actual de las aguas del río (su capacidad, sus niveles de inundación, su posible afección al transporte de sedimentos,…) para poder comprobar que dicha captación es viable y no se producirán alteraciones en el desarrollo de la vida del río, en su ecosistema. Posteriormente se dimensionarán las diferentes obras necesarias para su ejecución y puesta en servicio.

Con el objetivo de facilitar estos cálculos, y realizarlo con la mayor rapidez posible pero siempre correctamente realizados, se emplean diferentes software para el cálculo de obras hidráulicas, cada uno de ellos específico para un elemento de la red que estemos estudiando:

Software para el estudio de ríos

A continuación se detallan algunos programas empleados para el estudio de río, indicando las principales características de cada uno de ellos y para que se emplea:

– HEC RAS: programa libre desarrollado por el cuerpo de ingenieros del ejército americano. Mediante este programa, se procede al estudio de los niveles de avenida de agua para los diferentes períodos de retorno y los diferentes regímenes de cálculo (lento, rápido y mixto) según la zona y las características del río.

Mediante este estudio obtendremos la información necesaria sobre las llanuras de inundación y las alturas de agua alcanzadas en cada situación comprobando, de esta forma,  cuáles son las zonas inundables y, por tanto, dónde no se debe construir, a la vez que vemos las posibles alteraciones en caso de captaciones.

También estudiamos el transporte de sedimentos y como esas grandes avenidas ocurridas por las lluvias torrenciales que ocurren en la actualidad, puede originar un arrastre de sedimentos que provoquen descalce de puentes,…Este estudio se realiza en 1D teniendo siempre en cuenta la topografía actual que debe introducirse manualmente

– HEC-HMS y HEC geoRAS: estos programas han sido creados también por el cuero de ingenieros del ejército americano y su forma de calcular es la misma que con HEC RAS. La gran diferencia se establece con el tratamiento de datos, de forma que mediante estos programas la introducción de los datos de topografía se realiza directamente dela los archivos .gis, a la vez que la lamina de agua se puede exportar directamente a estos archivos sin necesidad de  hacerlo manualmente

–IBER:  programa cuyo fin primordial es la obtención de la llanura de inundación. SE basa en un estudio 2D del terreno y de la lámina de inundación . Este análisis en 2D también se puede realizar con la última versión de HEC RAS 5.0

–SWMN, GUAD2, MIKE FLOOD, SOBEK: suponen diferentes programas (libre I de pago) creados por diferentes países, cuya finalidad primordial es el estudio del río : sus avenidas, caudales,…. Sus características hidromorfológicas.

Software para el estudio de conducciones

Pero además del estudio del río tenemos que proceder al estudio de las diferentes conducciones que nos permitan llevar el agua captada hasta su lugar de almacenamiento, o a los diferentes puntos de consumo.

El empleo de software específico para este tipo de cálculo nos permite optimizar los resultados de forma que podamos realizar el estudio con tuberías de diferentes diámetros, materiales, distintos trazados, …. De forma que optimicemos los recursos  Incluso nos permiten el estudio de la colocación de diferentes piezas especiales como tipos de válvulas analizando sus consignas  (parámetros de diseño y definición de la válvula) e incluso podemos llegar a modelar su apertura o cierre a lo largo de un tiempo determinado.

Otros elemento que nos permite analizar estos software para el cálculo de obras hidráulicas con sus diferentes variables son :

– Los depósitos  (dimensiones, altura mínima de llenado, cota de colocación, altura máxima de llenado….)

–Bombas con la posibilidad de colocarlas en serie o en paralelo

–Hidrantes

–Establecer controles operacionales

–Estudios en un período de tiempo extendido o puntuales,…

–Aplicar patrones de consumo, costo, calidad,…

Estos software nos permiten también llevar a cabo el estudio de la calidad de las aguas y sus variaciones de concentración a lo largo del día, de firma que condigamos al dosis adecuada para la población a la que se abastece.

De esta forma, alguno de los software que nos podemos encontrar son:

– EPANET: software libre creado por la Universidad de Valencia, y que nos permite modelar y analizar los diferentes elementos de la red con sus variables de forma que al modificarlas de un modo manual podamos obtener la solución óptima sin malgastar recursos.

– WATERCAD: de la casa BENTLEY. Con este programa realizamos el miSmo estudio que con EPANET pero al que se le añade el módulo de de diseño óptimo basándonos en unos condicionantes de velocidad (máxima y mínima), rugosidad, presión (máxima y mínima),..que nosotros prefijamos y que el programa nos lo realiza de modo automático, sin que seamos nosotros los que de forma manual modifiquemos, por ejemplo, los diámetros para alcanzar los valores que hemos fijado como condicionantes  y minimizar costes. Esto lo realizaría el programa automáticamente.

Otro módulo que añade es de calibrar al red de forma también automática, teniendo en cuenta los datos de campo que le introducimos, simulación de incendios, rotura de tubería,…etc.

–WATERGEMS: también de la casa BENTLEY en la se realizan los mismos cálculos que con WATERCAD pero ahora interactuando con la topografía de forma que los datos y lo resultado los podemos importar y exportar a GIS

-HAMMER:  que nos permite llevar a cabo un estudio más detallado sobre los posibles riesgos del funcionamiento de la red de forma que lo podamos encontrar, identificar, estudiar y mitigar.  HAMMER ayuda a simular con precisión el impacto de una amplia gama de dispositivos de protección contra sobretensiones y equipos rotativos (bombas y turbinas).

Aquí se han mencionado algunos de los programas existiendo muchos más con sus diferentes particularidades y cada uno adaptado a un tipo de cálculo (red , río, estudio) más concreto.

Autor: Lourdes Fernández, profesora del Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas y del Curso de Redes Hidráulicas: WaterCAD- SewerCAD y del Curso de HEC RAS