EPANET 2.00.12 ESP

EPANET es un programa de ordenador para Windows 95/98/NT/2000 que permite realizar simulaciones en periodos prolongados (uno o varios días) del comportamiento hidráulico y de la evolución de la calidad del agua en redes de suministro a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses. EPANET efectúa un seguimiento de la evolución de los caudales en las tuberías, las presiones en los nudos, los niveles en los depósitos, y la concentración de las especies químicas presentes en el agua, a lo largo del periodo de simulación, discretizado en múltiples intervalos de tiempo. Además de la concentración de las distintas especies, puede también simular el tiempo de permanencia del agua en la red y su procedencia desde las diversas fuentes de suministro.

EPANET proporciona un entorno integrado bajo Windows, para la edición de los datos de entrada a la red, la realización de simulaciones hidráulicas y de la calidad del agua, y la visualización de resultados en una amplia variedad de formatos. Entre éstos se incluyen mapas de la red codificados por colores, tablas numéricas, gráficas de evolución y mapas de isolíneas.

EPANET ha sido desarrollado por la División de Recursos Hídricos y Suministros de Agua (anteriormente División de Investigación del Agua Potable) del Laboratorio Nacional de Investigación para la Prevención de Riesgos (NRMRL) de la Agencia para la Protección del Medio Ambiente de EEUU (USEPA). Como tal, es un software de dominio público que puede bajarse y distribuirse libremente desde el sitio Web www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html.

La versión española de EPANET 2.00.12, identificada mediante el sufijo Esp, ha sido traducida por el Prof. Fernando Martínez Alzamora, responsable del grupo REDHISP del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia (España). El trabajo ha sido financiado por Global Omnium – Aguas de Valencia, S.A., y al igual que la versión inglesa, se ofrece como un producto de dominio público. Por consiguiente puede descargarse y copiarse libremente.

PRESTACIONES

EPANET contiene un simulador hidráulico muy avanzado que ofrece las siguientes prestaciones:

• • • no existe límite en cuanto al tamaño de la red que puede procesarse
    • las pérdidas de carga pueden calcularse mediante las fórmulas de Hazen-Williams, de Darcy-Weisbach o de Chezy-Manning
    • contempla pérdidas menores en codos, accesorios, etc.
    • admite bombas de velocidad fija o variable
    • puede calcular el consumo energético y sus costes
    • permite considerar varios tipos de válvulas, tales como válvulas de corte, de retención, y reguladoras de presión o caudal
    • admite depósitos de geometría variable (esto es, cuyo diámetro varíe con el nivel)
    • permite considerar diferentes tipos de demanda en los nudos, cada uno con su propia curva de modulación en el tiempo
    • puede modelar tomas de agua cuyo caudal dependa de la presión (p.ej. rociadores)
    • admite leyes de control simples, basadas en el valor del nivel en los depósitos o en la hora prefijada por un temporizador, y leyes de control más complejas basadas en reglas lógicas.

Además, como herramienta para el análisis de la calidad el agua, EPANET ofrece las siguientes prestaciones adicionales:

• • • simula el desplazamiento de trazadores no reactivos por toda la red, a lo largo del tiempo
    • simula el avance y evolución de las sustancias reactivas cuya concentración o bien crece en el tiempo (p.ej. los subproductos derivados de la desinfección) o bien decrece (p.ej. el cloro residual)
    • simula el tiempo de permanencia (o envejecimiento) del agua mientras discurre por la red
    • permite seguir la evolución en el tiempo de la fracción de caudal que llega a cada nudo de la red procedente de un nudo determinado (análisis de procedencias)
    • simula las reacciones que tienen lugar tanto en el seno del agua como en las paredes de las tuberías
    • permite emplear cinéticas de orden n para modelar las reacciones en el seno del agua
    • emplea cinéticas de orden cero o de primer orden para modelar las reacciones en las paredes de las tuberías
    • tiene en consideración las limitaciones de transferencia de masa al modelar las reacciones en las paredes de las tuberías
    • admite reacciones de crecimiento o decrecimiento de la concentración de una sustancia hasta llegar a un valor límite
    • permite definir coeficientes de reacción globales para toda la red, y modificar éstos posteriormente para determinadas tuberías
    • permite considerar la inyección en cualquier punto de la red de un caudal másico o de concentración definida, variable en el tiempo
    • la evolución de la calidad del agua en los depósitos puede simularse como una mezcla homogénea, mediante un modelo de pistón, o como un reactor de dos compartimentos

La interfaz de usuario bajo Windows de EPANET proporciona un editor gráfico que simplifica el proceso de trazar el esquema de la red y definir las propiedades de sus componentes. Ofrece además distintas opciones para interpretar y analizar los resultados de un análisis, como son el trazado de curvas de evolución, de perfiles longitudinales o de mapas de isolíneas, la confección de tablas tabuladas con filtros, y la preparación de informes específicos orientados a la calibración, la evaluación del consumo energético o la valoración de las sustancias reactivas.

APLICACIONES

EPANET se ha concebido como una herramienta de investigación para mejorar nuestro conocimiento sobre el avance y destino final de las diversas sustancias transportadas por el agua, mientras ésta discurre por la red de distribución. Entre sus diferentes aplicaciones puede citarse el diseño de programas de muestreo, la calibración de un modelo hidráulico, el análisis del cloro residual, o la evaluación de las dosis totales suministradas a un abonado. EPANET puede resultar también de ayuda para evaluar diferentes estrategias de gestión dirigidas a mejorar la calidad del agua a lo largo del sistema, como pueden ser:

• • • alternar la toma de agua desde diversas fuentes de suministro
    • modificar el régimen de bombeo, o de llenado y vaciado de los depósitos
    • implantar estaciones de tratamiento secundarias, tales como estaciones de recloración o depósitos intermedios
    • establecer planes de limpieza y reposición de tuberías

EPANET puede utilizarse también para mejorar las características de la red hidráulica. Entre los posibles usos pueden citarse la localización y dimensionado de tuberías, bombas y válvulas, la minimización del gasto energético, la verificación de las condiciones de suministro en caso de incendio, la realización de estudios de vulnerabilidad de la red, o el entrenamiento de los operadores.

EL MODULO DE HERRAMIENTAS PARA PROGRAMADORES

El Módulo de Herramientas para programadores de EPANET es una librería dinámica de funciones (DLL), que permite a los desarrolladores personalizar el módulo de cálculo de EPANET para adaptarlo a sus propias necesidades. Las funciones pueden incorporarse en aplicaciones para Windows de 32 bits escritas en C/C++, Delphi Pascal, Visual Basic, o cualquier otro lenguaje que permita la llamada a funciones incorporadas a una DLL de Windows. El fichero DLL correspondiente al Módulo de Herramientas en español se denomina EPANES2.DLL y se distribuye conjuntamente con EPANET2 Esp. Contiene alrededor de unas 50 funciones que permiten abrir un fichero de datos, leer y modificar distintos parámetros de diseño y operación de la red, ejecutar simulaciones en periodo extendido y acceder a los resultados a medida que son generados, guardar éstos en un fichero, o escribir determinados resultados en un fichero de texto, bajo un formato determinado.

El Módulo de Herramientas resulta útil para el desarrollo de aplicaciones especializadas tales como la optimización o la calibración automática de modelos, en las que se requiere efectuar múltiples análisis, en función de los valores que adopten determinados parámetros de entrada dentro de un proceso iterativo. Asimismo, la librería de funciones permite simplificar la incorporación de prestaciones de cálculo adicionales a entornos integrados de simulación basados en CAD, GIS o bases de datos.

En el fichero de Ayuda bajo Windows que acompaña al Módulo de Herramientas, se encuentra una descripción de cómo utilizar las distintas funciones incorporadas en el mismo, así como algunos ejemplos simples de programación. Su contenido ha sido también incorporado al Manual en la versión 2.00.12. El Módulo de Herramientas viene acompañado de algunos ficheros de cabecera, ficheros para la declaración de las funciones, y ficheros de librerías .lib que ayudarán a simplificar la tarea de conectar el Módulo de Herramientas de EPANET con el código escrito en los lenguajes C/C++, Delphi y Visual Basic. En la versión española de EPANET se ofrecen ejemplos completos sobre cómo utilizar estos ficheros auxiliares para construir aplicaciones completas.

Además, el Módulo de Herramientas puede también integrarse en otros lenguajes más actuales y avanzados como MatLab o Visual Net. A tal fin puede descargarse libremente el libro “Introducción a la Programación con la Toolkit de Epanet v2.00.12 en un entorno Window” , recientemente publicado por miembros del grupo REDHISP del IIAMA.

En Información Adicional podrá encontrar toda la información acerca de las nuevas características de la versión española.

CARACTERÍSTICAS DE LA VERSION ESPAÑOLA

En la versión española de EPANET 2.00.12 se han producido una serie de mejoras adicionales sobre la versión inglesa, como son:

• • • La adopción de las Unidades del Sistema Internacional (SI) por defecto, en todas las partes del programa, así como la fórmula de Darcy-Weisbach para el cálculo de las pérdidas. La adopción del SI afecta a las unidades de caudal por defecto (l/s), a los valores de las magnitudes mostradas en el diálogo de Valores por Defecto, y a los rangos por defecto de las leyendas.
    • Se han convertido también al SI los datos correspondientes al ejemplo de la Guía Rápida, y al ejemplo Red1 que acompaña a la aplicación, el cual ha pasado a denominarse Red1_SI.net . No obstante, se han conservado las unidades convencionales US en el ejemplo original Red1, así como en los ejemplos Red2 y Red3 que representan redes reales.
    • Se ha incorporado la coma como separador decimal, en sustitución del punto. Además, la versión española de EPANET 2.00.10 es sensible a la Configuración Internacional de Windows, de modo que puede actualizarse el separador decimal sin necesidad de cerrar la sesión de EPANET. Lo más importante es que el separador decimal es ahora reconocido correctamente cuando se transfieren datos a aplicaciones externas como Excel, cualquiera que sea la Configuración Internacional de Windows.
    • La versión española de EPANET 2.00.12 puede ejecutarse en red y sobre S.O. con restricciones de permisos de escritura en ciertos directorios. En caso necesario, los ficheros auxiliares de cálculo y el fichero .ini se reubican automáticamente en un directorio local accesible al usuario.
    • Cuando se realiza un análisis por primera vez con EPANET 2.00.12 en español, se asumen la presión en los nudos y el caudal en las líneas como magnitudes a visualizar por defecto.
    • El Módulo de Herramientas de la versión española de EPANET 2.00.12 incorpora el código fuente de tres aplicaciones completas, basadas en los ejemplos ofrecidos en el fichero de Ayuda del mismo, y escritas en los lenguajes C++ Builder 5.0, Visual C++ 6.0, Delhi 5.0 y Visual Basic 6.0. Además se ofrecen instrucciones concretas al usuario para construir dichas aplicaciones desde cero, en los entornos de programación referidos.
    • También se ha incorporado una nueva función en el Módulo de Herramientas para detectar la conectividad de la red, ENconnected(), propuesta recientemente por su autor, y la cual no ha sido incorporada aún a la versión inglesa.
    • Todos los Ficheros de Ayuda (Interfaz gráfica, Tutorial y Módulo de Herramientas) han sido reescritos en el nuevo formato .CHM, pues el formato anterior .HLP ha dejado de ser soportado por Microsoft. Además el Fichero de Ayuda del Módulo de Herramientas se ha mejorado notablemente.
    • El Manual del Usuario ha sido ampliado para incorporar en un segunda parte las instrucciones de manejo del Módulo de Herramientas (Toolbox), dirigida a los programadores que quieren incorporar el módulo de cálculo de EPANET en sus propias aplicaciones o utilizarlo para investigación. Además se ha añadido un índice lateral para facilitar las consultas.
    • Finalmente, el Fichero de Ayuda del Módulo de Herramientas es ahora accesible desde la Interfaz Gráfica, lo que permite consultar la estructura del fichero INP y el resto de instrucciones para programación desde el mismo entorno gráfico.

La traducción al español alcanza a todos los componentes que integran EPANET 2, a saber:

• • • El módulo de cálculo (librería .dll y fichero ejecutable en DOS)
    • La interfaz gráfica y componentes Delphi
    • La ayuda en línea
    • El Manual del Usuario
    • La ejemplos de aplicación
    • La herramienta Toolkit para programadores y su ayuda en línea
    • El instalador de la aplicación y ficheros auxiliares

La versión española de EPANET 2.00.12 incluye la Interfaz Gráfica, el Módulo de Herramientas, el Manual del Usuario completo de ambos, y todos los ficheros de ayuda. Además contiene algunas mejoras respecto a la versión inglesa original, que pueden consultarse al final del fichero de Actualizaciones.

No se ofrece por ahora la extensión para multi-especies en español.

Los ficheros que siguen se pueden descargar y copiar libremente. Sin embargo, se prohíbe distribuir los mismos desde otras páginas web, salvo autorización expresa. En su lugar, enlazar con la presente página para estar al día de cualquier actualización.

Las compañías o municipios que gestionan los abastecimientos de agua potable, están apostando fuertemente por el uso de aplicaciones informáticas como Dibujo Asistido por Computadora (CAD), Sistemas de Información Geográfica (SIG), herramientas de cálculo y software especializado para el modelado de sistemas de suministro de agua, sean éstas de uso libre o adquiriendo una licencia.

Muchas de las aplicaciones informáticas vinculadas al uso y explotación de los modelos necesitan disponer de un simulador hidráulico que proporcione la respuesta de la red ante cualquier escenario, tanto en lo que se refiere a las variables hidráulicas como de calidad del agua. EPANET, además de responder a esta necesidad funcionando como una aplicación independiente, con su propia interfaz gráfica para construir el modelo de la red y analizar los resultados, permite también conectar su librería de cálculo, o Toolkit como usualmente se la conoce, a cualquierotra aplicación o interface gráfica, abriendo así un campo de posibilidades enorme para cualquier técnico o investigador que quiera ir más allá de lo que actualmente dicha aplicación ofrece.

La Toolkit de Epanet puede integrarse en cualquier entorno de programación nativo o en las propias herramientas de programación que ofrecen muchos paquetes de software propietario, ya sean de pago como Excel, AutoCad, ArcGIS, etc o bien libres como OpenOffice, gvSIG, QSIG, etc. De hecho, es lo que han hecho al

gunos programas comerciales desarrollados por empresas o universidades, orientados al diseño y análisis de redes de distribución de agua.

La librería de cálculo de Epanet cuenta con un elevado número de funciones que nos ayudan a recuperar y modificar determinados parámetros del modelo de red, antes y después de realizar una simulación hidráulica, permitiendo además controlar el proceso de simulación paso a paso. Sin embargo, no existe en la literatura mucha información sobre el manejo de todas estas funciones o bien la existente se encuentraen otros idiomas. Por otra parte, se echa en falta más información sobre cómo integrar la Toolkit en los diversos entornos de programación más usuales, y cómo resolver los problemas más frecuentes, lo que constituye un primer paso siempre difícil de dar.

El presente libro está pensando para ayudar a alumnos de master, personal técnico e investigadores a iniciarse en la programación con la librería de Epanet, con distintos lenguajes y entornos. Asimismo, se enseña a utilizar la mayoría de las funciones contenidas en la librería desarrollando ejercicios prácticos, desde el entorno de programación Visual Studio 2015, para que el usuario pueda entenderlos y posteriormente consiga crear sus propias herramientas.