El software de hidráulico para ingenieros
La modelización hidráulica es un elemento nuevo que se incorpora en todos los proyectos de ingeniería civil e ingeniería ambiental. Este tipo de software hidráulico gratuito para ingenieros permiten cálculos complejos con gran precisión y en un tiempo razonablemente corto.
La información aportada es muy valiosa de cara a la utilidad del proyecto a lo largo del tiempo, ya que permite anticipar el daño que podría ocurrir en un futuro. Por lo tanto, permite tomar las medidas adecuadas.
En el mundo de la consultoría, el tiempo siempre es escaso. Por ese motivo, es imprescindible conocer el manejo de software gratuito de cálculo hidráulico.
¿Por qué utilizar software de cálculo hidráulico gratuito?
El software de aguas es una herramienta imprescindible para un ingeniero de proyectos. Estas herramientas nos ayudan a elaborar anejos importantes, o estudios concretos con una gran calidad. Además el manejo de este software especifico para ingenieros nos permite ahorrar mucho tiempo.
El problema es que cada licencia de software es un gasto, que no siempre se amortiza. Por ese motivo, existen ciertos casos como los que hemos visto que el software libre nos soluciona perfectamente nuestras necesidades y no supone un coste que pueda arruinar la rentabilidad del proyecto.
Otras ventajas del software libre de aguas son:
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- Puede ser usado por varias personas dentro de una misma organización.
- Su uso no depende del número de proyectos que vayamos a realizar en el año
- No representa un coste en el proyecto. Sólo el gasto del curso hasta aprender a manejarlo.
- Aumenta notablemente la calidad del proyecto y su información facilita la toma de decisiones en determinados aspectos fundamentales del proyecto.
¿Cuáles son los principales programas de hidraúlica?
Para realizar una modelización de aguas se requiere un software especial. En el mercado existen multitud de ellos, con diferentes características. Sin embargo, los tres programas más utilizados son:
HECRAS
El software hidráulico River Analysis System, comúnmente conocido como HEC RAS, ha sido desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del U.S. Army Corps of Engineers, de los Estados Unidos. Es sin lugar a dudas el software más usado para generar modelos hidráulicos de cauces e inundaciones.
Puedes ver las respuestas frecuentes de HECRAS en nuestro articulo.
EPANET
El software EPANET ha sido elaborado por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos (EPA). Es un programa gratuito para ingenieros, que predice el comportamiento dinámico de la calidad hidráulica del agua en un sistema de distribución de agua potable en el interior de un núcleo urbano.
SWMM
El software Stormwater Management Model (SWMM) es un potente software gratuito de aguas. También está desarrollado por la EPA. Permite calcular el impacto de la escorrentía de agua de lluvia y evaluarla con eficacia para diseñar estrategias de defensa que minimicen, incluso eviten, los daños producidos por lluvias torrenciales.
Este programa es muy usado para analizar las redes de saneamiento. Introduciendo cuidadosamente los datos nos permite comprobar la viabilidad del sistema y detectar los puntos débiles.
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Otros programas gratuitos de aguas son:
iRIC
el nombre de iRIC proviene de: International River Interface Cooperative. Se trata de un es un software desarrollado con la finalidad de proporcionar un entorno completo de simulación del cauce del río. Uno de los aspectos a destacar es que sus resultados pueden ser importados y utilizados con fines de análisis, mitigación y prevención de desastres. Tiene una interesante visualización de los resultados de la simulación del río, que permite elaborar anejos de gran calidad.
PRMS
El nombre del programa de aguas PRMS significa: Sistema de Modelamiento de Precipitación-Escorrentía. Se trata de un sistema modular con parámetros espacialmente distribuidos. Se usa para representar los procesos físicos de una cuenca hidrográfica.
Es una licencia que pertenece al Servicio Geológico de Estados Unidos. Este software de aguas destaca para evaluar los efectos de varias combinaciones de geomorfología, tipo y uso de suelo, vegetación y parámetros climáticos sobre la respuesta hidrológica de la cuenca.
MODFLOW
Modflow es un magnífico programa para ingenieros que permite realizar modelos de agua subterránea por diferencias finitas. Es un software gratuito de aguas desarrollado por el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS).
Este potente software de aguas permite simular el flujo de agua subterránea en dos o tres dimensiones. También simula los principales procesos físicos relacionados con el régimen de agua subterránea como recarga, evapotranspiración, bombeo, drenaje, etc.
Tenemos una versión reciente del 12 de diciembre de 2019: modflow 6 con grandes novedades.
PYTHON
Este es un útil software para ingenieros de diversas disciplinas. Se trata de un programa gratuito para el análisis científico. Una de sus finalidades habituales es la evaluación de los recursos hídricos y la valoración del impacto ambiental. Tiene una serie de paquetes para distintas herramientas como SIG, análisis matemático, e inteligencia artificial.
Python es una herramienta gratuita y muy útil para la manipulación, procesamiento, arreglo y ploteo de datos estructurados.
¿Por qué usar programas de hidráulica?
La modelización hidráulica es un campo en desarrollo continuo, y nunca deja de fascinarnos. Los informes y proyectos que aportan modelización hidráulica permiten detectar errores en las redes de distribución de un sólo vistazo. Además nos ayuda mucho a explicar aterceras personas nuestras conclusiones ya que aporta una interfaz gráfica muy intuitiva.
Por ejemplo, del último informe donde usamos EPANET el cliente destacó varios aspectos:
✔ Modelos matemáticos de la distribución de la red de agua potable complejos. Se analizó las redes de abastecimiento de una población importante.
✔ Interesantes conclusiones para facilitar el mantenimiento de las redes como el fallo de bombas, rotura de tuberías y calidad del agua.
✔ Gran estudio del comportamiento de las concentraciones de los productos químicos en la red. Un aspecto muy útil para controlar la calidad del agua entregada.
✔ Abundancia de cálculos. Incluyendo un anejo analizando unos escenarios posibles. El programa se aplica para cualquier topología de red: abierta, cerrada o mixta. Ver el resultado facilita la toma de decisiones.
✔ Resultados útiles para el dimensionado y selección de componentes de la red. Por ejemplo: tanques de tormentas, válvulas de control, válvulas de regulación y equipos de bombeo.
Comportamiento de los niveles de agua en los tanques de regulación.
✔ Visualización de condiciones operativas complejas. Este es el caso de modelizar el apagado o encendido de bombas ante ciertas condiciones de presión en la red.
✔ Evaluar el consumo de energía requerido en la operación de bombeo del agua en red.
✔ Modelizar la demanda en la red. Analizar varios escenarios como por ejemplo la demandas máxima diaria.
Las ventajas del modelado de sistemas hidraulicos
Podemos citar numerosos beneficios de la modelación hidráulica de las redes de aguas. Por ejemplo, la optimización de las redes, descubrimiento de averias, previsión de puntos negros,… Sin embargo, por nuestra experiencia el mayor beneficio es el ahorro de costes de un proyecto a medio plazo.
La modelización realizada con un software hidraúlico nos permite dimensionar de forma optima, el sistema de tuberias y colectores. Esto se aplica no sólo a redes de abastecimiento, sino a las redes pluviales internas de cualquier fabrica. Analizar diversos escenarios y tomar las medidas oportunas garantiza la ausencia de averias y permite los trabajos en continuo los 365 días del año.
Además la información aportada beneficia al proyecto global. Por ese motivo, cada día es más frecuente que sea un requisito en los proyectos de licitación de cualquier infraestructura de gran enevergadura.
¿Cuál es el objetivo de este software para cálculo hidraúlico?
El objetivo principal de este tipo de programas es la modelización para predecir un rango de comportamientos futuros y definir la mejor solución.
La modelización matemática del flujo de agua consiste en determinar los valores que toman las variables hidráulicas (caudal, calado, velocidad…) mediante la resolución de unas ecuaciones obtenidas a partir de una serie de hipótesis. Una vez conocidas estas variables, se proponen una serie de cortes transversales a lo largo del eje de la conducción que permitirá generar un plano de la superficie ocupada por el agua sobre un modelo del terreno digital.
Las modelizaciones aplican los principios universales de la hidráulica, y dependiendo del programa empleado intervienen: las ecuaciones del flujo variable del agua en lámina libre, las ecuaciones completas de Saint Venant, sistemas de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales e hiperbólicas, las ecuaciones de Navier-Stokes ,…
¿Quién puede manejar el software de hidráulica gratuito?
Los programas anteriormente citados son gratuitos, por lo que el requisito imprescindible es la voluntad de aprender a manejarlos.
Dado que estas modelizaciones forman parte de la ingeniería de un proyecto lo habitual es que las personas que manejan este tipo de programas sean ingenieros ambientales, civiles, ingenieros de proyectos, y licenciados superiores de medio ambiente.
Otra formación recomendada para ingenieros de aguas
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Siempre ha trabajado en ingeniería de aguas y energía en grandes empresas como FCC y ACS. Actualmente, lidera el equipo de TECPA y disfruta con la docencia de contenidos innovadores.
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