epanet

4. CALCULUL HIDRAULIC AL REȚELELOR DE

CONDUCTE CU EPANET

4.1. Introducere în EPANET

4.1.1. Pachetul software EPANET

EPANET este unul dintre cele mai utilizate și mai robuste pachete software pentru calculul

rețelelor de conducte sub presiune1. EPANET este dezvoltat de către EPA

2 Agenția de

Protecție a Mediului din S.U.A.

Utilizarea foarte frecventă, în toată lumea, a pachetului software EPANET 2 se datorează în

mare măsură următoarelor avantaje pe care le oferă utilizatorilor, față de alte pachete software

similare comerciale:

este free software utilizatorii au libertatea de a-l descărca3, copia, utiliza și distribui în

mod liber;

este pus la dispoziția utilizatorilor sub formă compilată, care rulează sub sistemul de

operare Windows4; are o interfață grafică cu utilizatorul (Graphical User Interface) simplu

de folosit;

este open source codul sursă5, cu toate funcțiile aferente calculului numeric, este

disponibil în limbaj C (în arhiva epanet2.zip), astfel încât să poată fi modificat de către

utilizatorii experimentați; de asemenea, este pus la dispoziția utilizatorilor experimentați și

codul5 Borland Delphi (în arhiva epanet2w.zip), care cuprinde interfața grafică cu utilizatorul;

necesită resurse hardware modeste programul executabil de instalare a versiunii

EPANET 2.00.12 are un volum foarte mic (1,51 MB), iar după instalare, întregul pachet

1 http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html

2 United States Environmental Protection Agency

3 http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html#downloads / Self-extracting installation program for

EPANET 2.00.12 (exe) 4 conceput pentru Windows 95/98/NT/XP, poate rula sub orice versiune recentă Windows, 32-bit sau

64-bit 5 http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html#downloads / EPANET 2 source code files (zip)

160 Hidraulica reţelelor de conducte cu EPANET

software ocupă un spațiu pe disc de numai 2,15 MB; în timpul rulării, EPANET 2 consumă

foarte puțină memorie RAM;

este pus la dispoziția utilizatorilor un manual de utilizare în format pdf6, în limba engleză,

un manual de 200 pagini, foarte bine conceput [38];

este pusă la dispoziția utilizatorilor experimentați o librărie de funcții (Dynamic Link

Library DLL), în cadrul EPANET Programmer's Toolkit7, ce permite programatorilor să

își personalizeze EPANET după necesitățile proprii, adăugând capabilități de analiză bazate pe:

proiectarea asistată de calculator (CAD), sistemul informațional geografic (GIS) și pachete de

baze de date; cele peste 50 de funcții DLL pot fi incorporate în aplicații Windows 32-bit, scrise

în următoarele limbaje de programare: C/C++, Delphi, Pascal, Visual Basic, sau în orice alt

limbaj care apelează funcții în cadrul Windows DLL.

În cele ce urmează, vom prezenta pe scurt, modul de utilizare a formei compilate a

pachetului software EPANET 2, folosirea codului sursă depășind cadrul acestei lucrări.

4.1.2. Descriere și capabilități

După cum s-a precizat anterior, EPANET modelează distribuția apei în rețele de conducte

sub presiune. EPANET efectuează atât calculul de verificare hidraulică a acestor rețele de

conducte, cât și calculul evoluției calității apei (concentrația dezinfectanților sau poluanților,

vârsta apei), pe perioade extinse de timp, conform unor grafice de consum variabile în

timp.

EPANET este setat implicit pentru vehicularea apei reci prin rețea, însă permite alegerea

unui alt lichid (sau a apei calde), prin intermediul proprietăților fizice (densitate și vâscozitate

cinematică), astfel încât, calculul hidraulic să fie efectuat pentru alte lichide (vezi paragraful

§4.1.6).

EPANET permite modelarea oricărui tip de rețea hidraulică sub presiune (ramificată,

inelară, sau mixtă), de orice mărime (de mici dimensiuni sau de talie urbană), în general

compusă din: conducte/artere, noduri/joncțiuni, bazine (rezervoare cu nivel variabil, deschise la

presiunea atmosferică, care sunt o sursă externă infinită de apă pentru reţea), rezervoare sub

presiune (de orice formă, cu volum finit, cu nivel variabil în funcție de curba de capacitate; au

6 http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html#downloads / EPANET 2 Users Manual (pdf)

7 http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html#downloads / EPANET 2 Programmer’s Toolkit

files (zip)

Capitolul 4. Calculul hidraulic al rețelelor de conducte cu EPANET 161

rol de stocare a apei), pompe (cu turație constantă sau variabilă) sau vane (cu grad de

deschidere variabil).

Prin interfața grafică cu utilizatorul, EPANET oferă un mediu integrat pentru:

preprocesare prin intermediul unui Editor al rețelei, care permite desenarea rețelei

hidraulice, editarea proprietăților elementelor rețelei (introducerea/modificarea datelor),

introducerea diferitelor grafice/tipare de variație în timp a parametrilor, precum și setarea

opțiunilor de analiză și control;

rularea simulărilor;

postprocesare vizualizarea rezultatelor și salvarea acestora.

După rulare (deci după soluționarea sistemului de ecuații aferent rețelei hidraulice), pentru

fiecare pas de timp, EPANET furnizează valorile:

debitului tranzitat pe fiecare conductă, precum și a altor mărimi care depind de debit, ca de

exemplu viteza apei, pierderea de sarcină hidraulică uniform distribuită raportată la unitatea de

lungime a conductei, coeficientul lui Darcy, parametrul de calitate a apei (concentrația

dezinfectantului/poluantului, vârsta apei), coeficienții și rata de reacție asociați analizei calității

apei;

presiunii, sarcinii piezometrice și parametrului definit în analiza de calitate a apei

(concentrația dezinfectantului/poluantului, vârsta apei), în fiecare nod;

sarcinii piezometrice în fiecare rezervor;

debitului pompat și înălțimii de pompare în punctul de funcționare energetică aferent

fiecărei pompe.

EPANET permite postprocesarea datelor calculate, prin:

hărți ale rețelei, colorate codificat (în funcție de preferințele utilizatorului), cu indicarea

sensurilor de curgere a apei;

afișarea valorilor parametrilor calculați pe conductele și în nodurile rețelei;

diferite tipuri de grafice de variație aferente parametrilor calculați;

tabele cu valorile parametrilor introduși inițial și/sau calculați;

diferite rapoarte și calcule globale (raport asupra energiei consumate pentru pompare și

costului aferent; raport asupra calității apei);

raport general aferent întregii simulări numerice de exemplu, pentru o rețea cu 52 de

noduri și 86 de conducte, cu consum orar variabil, pentru care calculul hidraulic s-a efectuat

pentru o perioadă de 72 de ore8, un astfel de raport are un volum important: 36 MB.

8 pentru acest caz, rularea durează circa 3 secunde, pe un computer cu memorie RAM de 16 GB


4.1.3. Cum funcţionează EPANET

Un fișier corespunzător unei rețelele hidraulice create în EPANET este salvat cu extensia NET

(nume_fisier.net). Fiind creată și distribuită de către EPA, forma compilată a EPANET

folosește unități de măsură (implicit, cu debitul în galoane pe minut) și formule de calcul

pentru pierderile de sarcină hidraulică uniform distribuite (implicit, formula Hazen-

Williams), utilizate în S.U.A.

Opțiunile de calcul hidraulic permit însă modificarea unităților de măsură și a formulei de

calcul pentru pierderile de sarcină hidraulică uniform distribuite, în funcție de preferințele

utilizatorilor (vezi paragrafele §4.1.4 și §4.1.5). Trebuie reținut faptul că aceste opțiuni de

calcul hidraulic trebuie să fie setate o singură dată, la începutul unui proiect (după

deschiderea ferestrei EPANET), mai exact, înainte de editarea proprietăților elementelor care

compun rețeaua. După salvarea rețelei construite (nume_fișier.net), setările efectuate vor fi

menținute și după închiderea și redeschiderea fișierului.

Exceptând paragraful §4.1 introductiv, în restul paragrafelor din acest capitol (paragrafele

§4.2÷§4.4), vom considera că EPANET a fost setat astfel încât să foloseasca sistemul metric

de unități de măsură și formula Darcy-Weisbach (§1.5.1.1 și §4.1.5) pentru calculul

pierderilor de sarcină hidraulică uniform distribuite (opțiuni specifice țării noastre).

La utilizarea EPANET pentru modelarea unui sistem de distribuţie a apei, trebuie urmaţi

câţiva paşi importanţi:

1. selectarea în prelabil a opțiunilor de calcul hidraulic anterior menționate, precum și

alegerea proprietăților fizice ale unui alt lichid, dacă în rețea nu este vehiculată apă rece

(§4.1.6);

2. desenarea reţelei de distribuţie a apei sau importarea unei descrieri de bază a reţelei

hidraulice, dintr-un fișier text; în prealabil, trebuie bifată în tabelul de opţiuni vizualizarea

numerotării elementelor din schemă;

3. editarea proprietăţilor elementelor care compun sistemul și introducerea datelor;

4. selectarea unui set de opţiuni de analiză temporală, energetică sau de calitate a apei

(inclusiv de reacție);

5. rularea calculului hidraulic și de analiză a calității a apei (dacă aceasta din urmă face

obiectul studiului);


6. vizualizarea rezultatelor simulării numerice; în prealabil, trebuie bifat în tabelul de opţiuni

modul de afișare a valorilor parametrilor aferenți nodurilor și legăturilor.

EPANET efectuează calcule hidraulice pentru rețelele de conducte sub presiune, în regim

permanent și cvasipermanent (printr-o succesiune de calcule în regim permanent, valabile

pentru câte un pas de timp). Calculele hidraulice pot fi completate de analize legate de reacțiile

chimice care au loc în conducte, la curgerea în regim permanent sau cvasipermanent. În

continuare, prezentarea noastră se va limita, în principal, la calculele hidraulice ce pot fi

efectuate cu EPANET, calculele legate de modelarea calității apei depășind scopul

prezentei lucrări.

La efectuarea unui calcul hidraulic, EPANET ia în considerare două categorii de

componente ale rețelei de conducte:

componente ”concrete”, care apar explicit pe schema (harta) rețelei;

componente ”abstracte”, care deși nu apar în mod explicit în schema rețelei, sunt legate de

funcționarea unora dintre componentele ”concrete” existente în schema rețelei.

Componentele ”concrete” sunt la rândul lor, împărțite în două categorii:

noduri, care reprezintă intersecțiile propriu-zise între conducte (joncțiuni de conducte), sau

rezervoare (la care sunt conectate conducte);

legături, care constă în conducte propriu-zise, pompe sau vane.

Componentele ”abstracte” pot fi:

curbe de funcționare ale pompelor sau ale vanelor existente în sistem;

grafice/tipare de variație în timp aferente diferiților parametri ai rețelei (debite consumate

în noduri, sarcini piezometrice în rezervoare);

comenzi pentru controlul funcționarii rețelei (modificări ale nivelului apei în rezervoare

în funcție de timp; modificări ale pozițiilor vanelor în funcție de timp; modificări ale valorii

unui anumit parametru obținut în rețea; condiții de presiune în anumite puncte din rețea, care

determină pornirea/oprirea pompelor, sau modificarea turației acestora etc).

4.1.4. Unităţi de măsură

După cum s-a precizat în paragraful §4.1.3 anterior, EPANET are o setare implicită pentru

unități de măsură specifice utilizatorilor din S.U.A.

În bara de jos a ferestrei EPANET (figura 4.1) este în permanență afișat simbolul unității de

măsură a debitului, astfel încât utilizatorul să știe care este setul de unități de măsură în


care va introduce și citi datele. Setarea implicită corespunde debitului în galoane pe

minut, iar simbolul afișat este GPM (evidențiat în partea de jos a figurii 4.1).

Fig. 4.1. Afișarea simbolului GPM în bara de jos a ferestrei EPANET

Pentru varianta implicită GPM, unitățile de măsură în care sunt introduse și citite datele sunt:

debitul în galoane pe minut [gpm]; lungimea conductei și sarcina piezometrică în picioare, feet

[ft]; diametrul conductei în țoli [inch]; presiunea (mai exact, presiunea relativă) în pounds per

square inch [psi].

În Manualul utilizatorilor EPANET 2 [38, pagina 135] sunt indicate cele 5 variante de unități

de măsură ale debitului, care pot fi setate în EPANET de către utilizatorii din S.U.A (US

customary units) și din Marea Britanie (imperial units).

De asemenea, în EPANET pot fi setate 5 variante de unități de măsură ale debitului în

sistem metric, anume: litru pe secundă [l/s], cu simbol LPS; litru pe minut [l/min], cu simbol

LPM; megalitru pe zi [Ml/zi], cu simbol MLD; metru cub pe oră [m3/h], cu simbol CMH;

metru cub pe zi [m3/zi], cu simbol CMD.

Dintre acestea, pentru calculul rețelelor de conducte urbane, recomandăm varianta LPS

(debitul în litri pe secundă), pentru care, unitățile de măsură în care sunt introduse și

citite datele în EPANET sunt:

debitul în litri pe secundă [l/s];

lungimea conductei, diametrul rezervorului sub presiune, sarcina piezometrică în metri [m];

diametrul conductei și rugozitatea absolută a pereților conductei în milimetri, [mm];


presiunea (mai exact, presiunea relativă) în metri coloană de apă [m.c.a], sau metri coloană

de lichid, pentru alte lichide; EPANET afișează presiunea în [m], deci poate fi considerată

drept înălțimea dată de presiunea relativă;

viteza în metri pe secundă [m/s];

volumul în metri cubi [m3];

puterea electrică consumată pentru pompare în kilowatt [kW];

randamentul pompei în procente [%];

În cele ce urmează este explicat modul în care se setează în EPANET sistemul metric de

unități de măsură, de exemplu, pentru varianta LPS (debitul în litri pe secundă):

în bara meniului din partea de sus a ferestrei EPANET (figura 4.2), în Projects (proiecte), se

selectează butonul Analysis Options (opțiuni de analiză), care conține tabelul cu opțiunile de

calcul hidraulic;

Fig. 4.2. Selectarea opțiunilor de calcul hidraulic (Project / Analysis Options)

Fig. 4.3. Înlocuirea variantei GPM, cu varianta LPS a setului de unități de măsură ales


în imaginea din partea stângă a figurii 4.3, este prezentat conținutul implicit al tabelului

cu opțiuni de calcul hidraulic, aferent variantei GPM implicite;

pentru a schimba setarea din GPM în LPS, utilizatorul trebuie să aleagă simbolul LPS în

meniul derulant în dreptul câmpului cu unități de măsură a debitului (Flow Units) vezi

imaginea din mijloc, în figura 4.3;

în imaginea din partea dreaptă a figurii 4.3, este prezentat conținutul modificat al tabelului

cu opțiuni de calcul hidraulic, aferent variantei LPS alese, din sistemul metric;

după finalizarea acestei setări, va fi afișat simbolul LPS în bara de jos a fereastrei

EPANET (ca în figura 4.4).

Fig. 4.4. Afișarea simbolului LPS în bara de jos a ferestrei EPANET

După cum s-a precizat în paragraful §4.1.3 anterior, opțiunile de calcul hidraulic trebuie să

fie setate o singură dată, la începutul unui proiect (după deschiderea ferestrei EPANET),

mai exact, înainte de editarea proprietăților elementelor care compun rețeaua. După salvarea

rețelei construite, setarea efectuată în EPANET pentru setul de unități de măsură ales va fi

permanentă pentru acea rețea.

4.1.5. Calculul pierderilor de sarcină hidraulică uniform distibuite

Se reamintește faptul că opțiunile de calcul hidraulic includ și formula pentru calculul

pierderilor de sarcină hidraulică uniform distribuite dh (§4.1.3). EPANET poate efectua

calcule hidraulice cu 3 astfel de formule:


formula Hazen-Williams, simbolizată H-W în meniul EPANET (cu număr de identificare

1j în formula (4.1) care urmează);

formula Darcy-Weisbach, simbolizată D-W în meniul EPANET (cu număr de identificare


formula Chézy-Manning, simbolizată C-M în meniul EPANET, (cu număr de identificare


Cele 3 formule enumerate pot fi definite în funcție de debitul Q , cu o relație generală de

forma [38]:

jBjd QAh , cu 3 ;2 ;1j , (4.1)

în care jA este un coeficient de rezistență al conductei, coeficient care diferă de la o formulă

la alta (în care și coeficientul de rugozitate are semnificație diferită de la o formulă la alta), iar

jB este exponentul debitului.

Pentru cele 3 formule pentru calculul pierderilor de sarcină hidraulică uniform distribuite,

adăugăm următoarele comentarii:

formula Hazen-Williams este formula setată implicit în cadrul EPANET, fiind foarte

utilizată în S.U.A; este definită prin relația (4.1), în care 852,11 B :

852,11QAhd , (4.2)

iar coeficientul de rezistență 1A (diferit de modulul de rezistență hidraulică distribuită) este

definit în tabelul 3.1 din Rossman [38]. Formula Hazen-Williams nu poate fi utilizată decât

pentru apă (deci nu se potrivește altor lichide) și este valabilă numai pentru regimul de

curgere turbulent, deci din aceste puncte de vedere, are limitări în raport cu formula Darcy-

Weisbach;

formula Darcy-Weisbach este definită prin relația (1.63) în funcție de viteză și prin relația

(1.65) în funcție de debit (vezi paragraful §1.5.1.1), dar poate fi definită și cu relația (4.1), în

care 22 B :

222 QMQAh dd , (4.3)

unde 2A este modulul de rezistență hidraulică distribuită dM (1.66). Formula Darcy-

Weisbach poate fi aplicată pentru toate lichidele și pentru orice regim de curgere în

conducte sub presiune, deci este formula pe care o recomandăm pentru calculul hidraulic al

rețelelor de conducte în EPANET doar că pentru a fi folosită, trebuie să fie setată de

către utilizator;


formula Chézy-Manning poate fi definită cu relația (4.1), în care 23 B :

23QAhd , (4.4)

unde coeficientul de rezistență 3A este definit în tabelul 3.1 din Rossman [38]. Formula Chézy-

Manning este utilizată de regulă pentru calcule în curgerea cu suprafață liberă, deci din

punctul nostru de vedere, nu este practic să fie utilizată pentru curgerea în conducte sub

presiune.

În cele ce urmează este explicat modul în care se setează în EPANET formula pentru

calculul pierderilor de sarcină hidraulică uniform distribuite, de exemplu, formula Darcy-

Weisbach, simbolizată D-W în meniul EPANET:

în bara meniului din partea de sus a ferestrei EPANET (figura 4.2), în Projects (proiecte), se

selectează butonul Analysis Options (opțiuni de analiză), care conține tabelul cu opțiunile de

calcul hidraulic;

în imaginea din partea stângă a figurii 4.5, este prezentat conținutul implicit al tabelului

cu opțiuni de calcul hidraulic, aferent formulei H-W implicite;

Fig. 4.5. Înlocuirea formulei Hazen-Williams (H-W), cu formula Darcy-Weisbach (D-W)

pentru a schimba setarea din H-W în D-W, utilizatorul trebuie să aleagă simbolul D-W în

meniul derulant în dreptul câmpului cu formula pentru calculul pierderii de sarcină hidraulică

uniform distribuite (Headloss Formula) vezi imaginea din mijloc, în figura 4.5;


în imaginea din partea dreaptă a figurii 4.5, este prezentat conținutul modificat al tabelului

cu opțiuni de calcul hidraulic, aferent formulei D-W alese.

După cum s-a precizat în paragraful §4.1.3 anterior, opțiunile de calcul hidraulic trebuie să

fie setate o singură dată, la începutul unui proiect (după deschiderea ferestrei EPANET),

mai exact, înainte de editarea proprietăților elementelor care compun rețeaua. După salvarea

rețelei construite, setarea formulei Darcy-Weisbach în EPANET va fi permanentă pentru

acea rețea.

4.1.6. Lichidul vehiculat în rețea

După cum s-a precizat în paragraful §4.1.2, EPANET este setat implicit pentru vehicularea

apei reci prin rețea. În EPANET, pot fi setate valorile proprietăților fizice ale unui lichid,

anume densitatea și vâscozitatea cinematică , prin raportare la valorile de referință ale

apei, rezultând astfel mărimi relative (adimensionale): densitatea relativă a lichidului,

apar , (4.5)

respectiv vâscozitatea cinematică relativă a lichidului:

apar , (4.6)

unde s-a considerat ca referință densitatea apei la 4C, 1000apa kg/m3 și vâscozitatea

cinematică a apei la 20C, 610cSt 1 apa m2/s.

Fig. 4.6. Câmpurile pentru setarea proprietăților fizice ale lichidului


Astfel, pentru apa rece rezultă valori unitare ale densității relative, 1 apar și vâscozității

cinematice relative, 1 apar . Aceste două valori unitare, ale densității relative (Specific

Gravity) și vâscozității cinematice relative (Relative Viscosity), sunt setate implicit în

EPANET, în tabelul cu opțiunile de calcul hidraulic (vezi figura 4.6, în care sunt înconjurate

aceste valori).

Deoarece setarea implicită corespunde vehiculării apei reci, pentru a seta în EPANET un

lichid care are valori ale densității și vâscozității cinematice diferite de cele ale apei reci

(chiar și apă caldă are alte valori), trebuie înlocuite valorile unitare din tabelul cu opțiunile

de calcul hidraulic, cu valorile adimensionale calculate cu relațiile (4.5) și (4.6).

Setarea tipului de lichid (altul decât apa rece) trebuie să fie efectuată în Opțiunile de calcul

hidraulic o singură dată, la începutul unui proiect (după deschiderea ferestrei EPANET).

4.2. Spaţiul de lucru

4.2.1. Elementele spațiului de lucru

Fig. 4.7. Spațiul de lucru al EPANET


Spațiul de lucru aferent interfeței grafice din EPANET este prezentat în figura 4.7, pentru o

rețea de alimentare cu apă a unei localități. Elementele principale sunt menționate în figură,

respectiv sunt enumerate mai jos, cu precizarea denumirii lor în limba engleză:

meniul de lucru (Menu Bar), la partea superioară a ferestrei EPANET;

schema rețelei (Network Map);

Editorul de proprietăți (Property Editor), aferent unei anumite componente a rețelei;

două bare de instrumente (Toolbars), la partea superioară a ferestrei EPANET;

bara de stare (Status Bar), la partea inferioară a ferestrei EPANET;

câmpurile de selecție și setare (Browser), în partea dreaptă a ferestrei EPANET;

legenda (Legend), aferentă parametrului afișat pe schema rețelei (cu denumirea și unitatea sa

de măsură, cu codul de culori, respectiv cu plaja de valori și diviziunile scării valorilor); există

și un Editor al legendei (Legend Editor), ce poate fi activat pentru modificarea culorilor și

intervalelor de variație a culorilor.

4.2.2. Meniul de lucru

Meniul din spațiul de lucru al EPANET este prezentat în figura 4.8.

Fig. 4.8. Meniul de lucru Fig. 4.9. Editor de opțiuni de vizualizare


Cele 7 butoane ale meniului de lucru, enumerate de la stânga, către dreapta: File, Edit, View,

Project, Report, Window, Help, au pe lângă rolurile comune oricărui software (roluri care nu

necesită explicații), următoarele roluri specifice software-ului EPANET:

butonul File, activat în imaginea din figura 4.8, permite deschiderea unui nou proiect (ce

trebuie să fie salvat cu extensia net), deschiderea unui proiect existent (nume_fisier.net);

importul și exportul de hartă/ scenariu/ rețea; setări ale preferințelor (ca de exemplu, numărul

de zecimale afișate pentru valorile calculate);

butonul View permite activarea/dezactivarea Legendei și Barelor de instrumente din

EPANET; ultimul buton din View este un Editor de opțiuni de vizualizare (figura 4.9), foarte

des utilizat pentru setarea culorii și mărimii nodurilor și legăturilor, setarea etichetelor, afișarea

(vezi Notations în figura 4.9) numerelor de identificare ale nodurilor (Node ID) și legăturilor

(Link ID), precum și afișarea valorilor calculate pentru noduri/legături, cu o anumită mărime a

caracterelor, setarea mărimii simbolurilor grafice din cadrul schemei rețelei, setarea tipului și

mărimii săgeților care indică sensul de curgere pe conducte, setarea unei culori pentru fundalul

schemei rețelei (implicit, este setat un fundal alb);

butonul Project, activat în imaginea din figura 4.2, are o fereastră de înregistrare a fișierelor

care conțin datele de calibrare ale modelului (Calibration Data), un tabel de opțiuni de calcul

hidraulic (Analysis Options), prezentat anterior în paragrafele §4.1.3÷§4.1.6, precum și

butonul de rulare a simulării (Run Analysis), care este inserat și în bara de instrumente, prin

simbolul fulger, de culoare galbenă (este al 8-lea simbol din bară, de la stânga, la dreapta

vezi figura 4.7);

butonul Report este foarte des utilizat în postprocesare, pentru vizualizarea rapoartelor,

graficelor și tabelelor.

4.2.3. Schema reţelei

Schema rețelei poate fi desenată cu ușurință de către utilizator, cu ajutorul simbolurilor

grafice din bara de instrumente amplasată în partea superioară-dreaptă a ferestrei EPANET

(vezi figura 4.7, respectiv figura 4.10). În total, sunt 6 simboluri grafice care corespund

elementelor care pot fi incluse în rețea (enumerate în ordinea din bara de instrumente):

joncțiune (nod la intersecția unor conducte), bazin (rezervor cu suprafață liberă și volum

infinit), rezervor sub presiune (cu volum finit și rol de stocare), conductă, pompă și vană.


Se recomandă includerea acestor elemente în schemă, în ordinea numerotării (ele sunt

numerotate automat, adică primesc un ID în mod automat; numerotarea poate fi schimbată

ulterior în Editorul de proprietăți). Pentru selectarea unui simbol grafic (obiect), se activează

săgeata de selectare a obiectului (vezi figura 4.10), se face click pe acel obiect din bara de

instrumente, apoi se poziționează și se lipește obiectul în rețea, în locul dorit (prin click);

ulterior, poziția unui obiect poate fi schimbată, tot cu ajutorul mouse-ului.

Fig. 4.10. Bara de instrumente cu simbolurile grafice ale componentelor rețelei

Se începe desenarea rețelei cu amplasarea nodurilor (rezervoare și joncțiuni de conducte),

apoi se trece la amplasarea legăturilor (conducte, pompe și vane), deoarece acestea din urmă nu

pot fi conectate decât între două noduri.

După finalizarea desenării rețelei, proiectul se salvează cu nume_fisier.net.

Rețeaua desenată în EPANET nu trebuie să reproducă cu exactitate (la scară) rețeaua reală, în

sensul că nu trebuie reprodusă harta rețelei, ci este suficient să fie desenat în EPANET un

model simplificat al configurației geometrice aferente rețelei. Oricum, schema rețelei este

desenată în planul ferestrei EPANET, deci este o schemă 2D (în planul xOy), însă EPANET va

efectua calcule pentru rețeaua setată 3D (în spațiul cartezian xOyz), deoarece cota z a fiecărui

nod și (opțional) valorile x și y ale poziției nodului în planul xOy, pot fi setate cu exactitate în

Editorul de proprietăți aferent nodului. La fel, deși în schema desenată, lungimea conductelor

nu este reprezentată la scară, lungimea reală (utilizată în calcule) este setată cu exactitate în

Editorul de proprietăți al conductei.


Pentru a curba o conductă (ca în figura 4.7), se poate folosi selectorul de vertex (vezi figura

4.10), care are comanda Add Vertex (adaugă un vertex), permițând poziționarea unui punct pe

conductă, un punct în care conducta liniară poate fi îndoită/deviată cu un anumit unghi. Pe

o conductă pot fi amplasate mai multe puncte succesive de tip vertex, apoi, cu ajutorul mouse-

ului, ele pot fi selectate și trase/mutate pe rând, până la atingerea curburii dorite pentru

conducta respectivă (se obține de fapt o linie frântă, dar dacă sunt folosite multe puncte de tip

vertex, conducta pare a fi curbată uniform). Această operație este utilă pentru desenarea

rețelelor de alimentare cu apă a localităților, ținând seama de faptul că majoritatea conductelor

magistrale urmează traseele stradale din localitate.

4.2.4. Editorul de proprietăţi

După cum s-a precizat în paragraful §4.2.1, Editorul de proprietăți (Property Editor) este

asociat unei anumite componente a rețelei. Acest Editor permite introducerea/modificarea

datelor aferente acelei componente. În bara de instrumente prezentată în figura 4.10, se

observă cele 6 simboluri grafice (obiecte) aferente componentelor rețelei: joncțiune (nod la

intersecția unor conducte), bazin (rezervor cu suprafață liberă și volum infinit), rezervor sub

presiune (cu volum finit și rol de stocare a apei), conductă, pompă și vană.

Fiecare Editor de proprietăți este alcătuit din 3 zone:

la partea superioară este eticheta sau numărul de identificare, ID, acordat acelui obiect,

urmată de coordonatele x și y ale obiectului plasat în planul xOy al desenului, respectiv de un

câmp de descriere a obiectului. Coordonatele x și y afișate la prima deschidere a Editorului

corespund poziționării obiectului desenat în planul xOy. Opțional, aceste coordonate pot fi

modificate, adică pot fi înlocuite cu valorile reale de pe harta rețelei, însă EPANET rulează și

dacă nu sunt setate valorile reale ale coordonatelor x și y;

partea din mijloc corespunde diferitelor date pe care le introduce sau modifică

utilizatorul, înaintea rulării. Aici există câmpuri goale (necompletate, unde utilizatorul poate

introduce valori), precum și câmpuri completate implicit cu o valoare utilizatorul poate

modifica valorile implicite. Se menționează faptul că nu toate câmpurile trebuie să fie

completate, ci doar acele câmpuri obligatorii, de care depinde rularea (aceste câmpuri sunt

marcate cu asterisc * și sunt definite în cele ce urmează);

la partea de jos, sunt câmpurile aferente datelor ce vor fi calculate în EPANET, deci aceste

câmpuri se vor umple automat cu valori abia după rulare; înaintea rulării, în aceste


câmpuri este scris simbolul #N/A (abrevierea cuvintelor: Not Applicable, sau Not Available,

sau No Answer), interpretat aici drept necalculat (inițial nefiind disponibilă o valoare).

În cele ce urmează, vom prezenta succint Editorul de proprietăți al fiecăreia dintre cele 6

componente/obiecte enumerate, cu particularitățile aferente.

Unitățile de măsură aferente valorilor ce vor fi introduse/modificate de către utilizator în

fiecare Editor de proprietăți corespund în cele ce urmează setului de unități de măsură

simbolizat LPS, în care debitul este în litri pe secundă (vezi paragraful §4.1.4).

În Editoarele de proprietăți prezentate în cele ce urmează, nu sunt setate sau afișate valori

pentru parametrii aferenți calității apei (Quality), deoarece, după cum s-a precizat anterior,

modelarea calității apei depășește scopul prezentei lucrări.

4.2.4.1. Editorul de proprietăţi pentru joncțiuni (noduri în care se

intersectează conducte)

În figura 4.11 este prezentat Editorul de proprietăţi aferent unei joncțiuni, adică un nod în

care se intersectează minim două conducte.

Fig. 4.11. Editorul de proprietăţi al unei joncțiuni

Sunt inserate următoarele 3 imagini în figura 4.11:


în imaginea din stânga este afișat conținutul Editorului la prima deschidere (înainte de

introducerea datelor). Există câmpuri goale (necompletate), precum și câmpuri completate

implicit cu o valoare. Singurul câmp obligatoriu a fi completat este *Elevation, care reprezintă

cota z a joncțiunii (cota se introduce în metri). Base Demand înseamnă debit consumat în

nod (se introduce în litri pe secundă) și poate fi egal cu zero, sau poate fi introdus cu valoare

constantă în timp, sau poate fi introdus cu valoarea medie zilnică în cazul în care se setează o

curbă (un tipar) de variație orară a debitelor consumate, acest tipar fiind denumit Demand

Pattern. Pentru acest tipar, utilizatorul completează în prezentul Editor numai un număr de

identificare asociat tiparului, un ID (de exemplu 1ID , în imaginea din mijloc și în

imaginea din dreapta figurii 4.11). Separat, în Editorul pentru Pattern din Browser (vezi

figura 1.7), va fi introdusă curba Demand Pattern cu 1ID , o curbă cu coeficienții de variație

orară a debitului (de exemplu, conform standardului SR 1343-1:2006 [43]), coeficienți cu

care se va multiplica valoarea medie zilnică a debitului consumat, pentru a se obține valoarea

debitului consumat în nod la momentul de timp considerat (după cum se va explica în

paragraful §4.3.2.2 care urmează).

în imaginea din mijlocul figurii 4.11, utilizatorul a introdus valoarea cotei (Elevation),

valoarea medie zilnică a debitului consumat în nod (Base Demand) și 1ID pentru tiparul

Demand Pattern;

în imaginea din dreapta figurii 4.11, care corespunde conținutului Editorului de proprietăți

disponibil după rulare, se poate citi în partea de jos a Editorului: valoarea debitului

consumat în acel nod în acel moment de timp (Actual Demand) în litri pe secundă, sarcina

piezometrică în nod (Total Head) în metri și presiunea relativă în nod (Pressure) în m.c.a.

4.2.4.2. Editorul de proprietăţi pentru bazine

În figura 4.12 este prezentat Editorul de proprietăţi aferent unui bazin (rezervor cu nivel

variabil, deschis la presiunea atmosferică, care este o sursă externă infinită de apă pentru reţea).

Sunt inserate următoarele 2 imagini în figura 4.12:



implicit cu o valoare. Singurul câmp obligatoriu a fi completat este *Total Head, care

reprezintă sarcina piezometrică la suprafața liberă a rezervorului, mai exact cota suprafeței

libere, din moment ce presiunea este egală cu cea atmosferică, iar EPANET consideră presiuni


relative (sarcina piezometrică se introduce în metri). Valoarea *Total Head introdusă de către

utilizator apare numai în imaginea din dreapta figurii 4.12, aici nemaifiind inserată o imagine

intermediară (la mijloc), ca în cazul figurii 4.11. Și pentru sarcina piezometrică (aici pentru

nivelul apei în rezervor) se poate defini o curbă (un tipar) de variație orară a

sarcinii/nivelului, acest tipar fiind denumit Head Pattern. Pentru acest tipar, utilizatorul

completează în Editor numai un număr de identificare asociat tiparului, un ID (în exemplul

din figura 4.12, nu s-a optat pentru un astfel de tipar, deci în acest caz nu se completează un

ID). Dacă se optează pentru un tipar, separat, în Editorul pentru Pattern din Browser (vezi

figura 1.7), va fi introdusă curba Head Pattern cu ID-ul său, o curbă cu coeficienții de variație

orară a sarcinii/nivelului, coeficienți cu care se va multiplica valoarea medie zilnică a sarcinii

piezometrice (nivelului), valoare medie inserată pentru *Total Head, pentru a se obține

valoarea sarcinii piezometrice (nivelului) în rezervor la momentul de timp considerat (după

cum se va explica în paragraful §4.3.2.2 care urmează);


disponibil după rulare, se poate citi în partea de jos a Editorului: valoarea debitului care iese

din rezervor (Net Inflow) în litri pe secundă, semnul minus indicând sensul de ieșire din

rezervor, cota suprafeței libere (Elevation) în metri, egală cu sarcina piezometrică inițial

introdusă și presiunea relativă în nod (Pressure) în m.c.a., evident nulă în acest caz.

Fig. 4.12. Editorul de proprietăţi al unui bazin


4.2.4.3. Editorul de proprietăţi pentru rezervoare sub presiune

Fig. 4.13. Editorul de proprietăţi al unui rezervor sub presiune

În figura 4.13 este prezentat Editorul de proprietăţi aferent unui rezervor sub presiune (de

orice formă, cu volum finit, cu nivel variabil în funcție de curba de capacitate; cu rol de stocare

a apei). Sunt inserate următoarele 3 imagini în figura 4.13:



implicit cu o valoare. Există 5 câmpuri obligatoriu a fi completate: *Elevation, care reprezintă

aici cota la baza rezervorului, în metri; *Initial Level,

*Minimum Level și

*Maximum Level,

care reprezintă nivelul inițial, respectiv minim și maxim admisbil al apei în rezervor, în

metri (acest nivel este de fapt sarcina piezometrică ce se consideră peste cota de la baza

rezervorului); *Diameter, care reprezintă diametrul echivalent al rezervorului, în metri

(pentru rezervoare cu secțiune non-circulară, se va echivala aria rezervorului cu aria unui cerc

de diametru egal cu cel echivalent). Pentru variația nivelului apei în rezervor, se poate defini


o curbă de capacitate (Volume Curve). Pentru această curbă, utilizatorul completează în

Editor numai un număr de identificare asociat curbei, un ID (în exemplul din figura 4.13, nu

s-a optat pentru introducerea unei curbe de capacitate, deci în acest caz nu se completează un

ID). Dacă se optează pentru o astfel de curbă, separat, în Editorul pentru Pattern din Browser

(vezi figura 1.7), va fi introdusă curba Volume Curve cu ID-ul său (după cum se va explica în

paragraful §4.3.2.2 care urmează);

în imaginea din mijlocul figurii 4.13, utilizatorul a introdus valorile celor 5 câmpuri

obligatoriu a fi completate, enumerate anterior: *Elevation;

*Initial Level;

*Minimum Level;

*Maximum Level și

*Diameter;


disponibil după rulare, se poate citi în partea de jos a Editorului: valoarea debitului care iese

din rezervor (Net Inflow) în litri pe secundă, semnul minus indicând sensul de ieșire din

rezervor, sarcina piezometrică la suprafața apei din rezervor (Elevation) în metri și

presiunea în nod (Pressure) în m.c.a. (această presiune este de fapt sarcina piezometrică ce

se consideră peste cota de la baza rezervorului și valoarea sa este situată între valorile

Minimum Level și Maximum Level admisibile).

4.2.4.4. Editorul de proprietăţi pentru conducte

În figura 4.14 este prezentat Editorul de proprietăţi aferent unei conducte. Sunt inserate

următoarele 2 imagini în figura 4.14:



implicit cu o valoare. Există 3 câmpuri obligatoriu a fi completate: *Length, care este lungimea

L a conductei, în metri; *Diameter, care este diametrul D al conductei, în milimetri;

*Roughness, care este rugozitatea absolută k a pereților conductei, în milimetri. Se poate

introduce și un coeficient global de pierderi de sarcină hidraulică locale (Loss Coefficient),

dacă pe conductă sunt singularități care introduc pierderi de sarcină hidraulică locale;

în imaginea din mijlocul figurii 4.14, utilizatorul a introdus valorile celor 3 câmpuri

obligatoriu a fi completate, enumerate anterior: *Length;

*Diameter și

*Roughness;


disponibil după rulare, se poate citi în partea de jos a Editorului: valoarea debitului tranzitat

pe conductă (Flow) în litri pe secundă, viteza apei (Velocity) în metri pe secundă, pierderea


de sarcină hidraulică uniform distribuită, raportată la lungimea conductei (Unit

Headloss), Lhd , în metru pe kilometru [m/km] și coeficientul lui Darcy (Friction Factor) .

Fig. 4.14. Editorul de proprietăţi al unei conducte

4.2.4.5. Editorul de proprietăţi pentru pompe

În figura 4.15 este prezentat Editorul de proprietăţi aferent unei pompe. Sunt inserate




implicit cu o valoare. Nu există câmpuri obligatoriu a fi completate. Poate fi completată

puterea electrică consumată pentru pompare (Power), în kW, numai dacă nu sunt date

curbele caracteristice (energetică și de randament) ale pompei. În acest Editor, Speed

înseamnă raportul dintre turația pompei și turația nominală a acesteia 0nn . Implicit,

valoarea acesta este setată egală cu 1, adică se consideră că pompa funcționează cu turația

nominală. Dacă pompa funcționează la altă turație, în campul Speed va fi trecut raportul


10 nn . Pentru turația pompei (pentru raportul 0nn ), se poate defini o curbă (un tipar)

de variație în timp, acest tipar fiind denumit simplu, Pattern. Pentru acest tipar, utilizatorul

completează în Editor numai un număr de identificare asociat tiparului, un ID (în exemplul

din figura 4.15, nu s-a optat pentru un astfel de tipar, deci nu se completează un ID).

Fig. 4.15. Editorul de proprietăţi al unei pompe

Dacă se optează pentru un tipar, separat, în Editorul pentru Pattern din Browser (vezi figura

1.7), va fi introdusă curba Pattern a turației cu ID-ul său, o curbă cu valorile raportului 0nn

(după cum se va explica în paragraful §4.3.2.2 care urmează). Pentru 00 nn , rezultă că

pompa se oprește. Dacă sunt disponibile curbele caracteristice ale pompei, atunci numărul

ID al acestor curbe se trece în câmpurile corespunzătoare, anume: un ID pentru curba

energetică (Pump Curve) și un alt ID pentru curba de randament (Efficiency Curve). Aceste

două curbe caracteristice vor fi definite în Editorul pentru Curves din Browser (vezi figura

1.7), după cum se va explica în paragraful §4.3.2.1 care urmează;

în imaginea din mijlocul figurii 4.15, utilizatorul a introdus valorile 1ID pentru curba

energetică (Pump Curve) și 2ID pentru curba de randament (Efficiency Curve);


disponibil după rulare, se poate citi în partea de jos a Editorului: valoarea debitului pompat


(Flow) în litri pe secundă și valoarea înălțimii de pompare la refularea pompei (Headloss),

în metri, care este afișată cu valoare negativă, datorită convenției de semne.

În figura 4.16 sunt prezentate rezultatele afișate de Editorul de proprietăți al pompei, la două

momente de timp diferite (la miezul nopții, ora 0:00 și la orele 15:00).

Fig. 4.16. Editorul de proprietăţi al unei pompe, după rulare, la 2 momente de timp

4.2.4.6. Editorul de proprietăţi pentru vane

În figura 4.17 este prezentat Editorul de proprietăţi aferent unei vane. Sunt inserate




implicit cu o valoare. Există 3 câmpuri obligatoriu a fi completate, anume: *Diameter, care este

diametrul conductei pe care montează vana, în milimetri; *Type, adică tipul vanei;

*Setting,

care este un parametru ce definește setările pentru funcționarea vanei, unitatea de măsură a

acestui parametru depinzând de tipul vanei (vezi tabelul 6.6 din Rossman [38]). Se poate


introduce și un coeficient de pierdere de sarcină hidraulică locală (Loss Coefficient), valabil

pentru cazul în care vana este complet deschisă (dacă nu este introdusă o valoare, atunci acest

coeficient se consideră egal cu zero);

Fig. 4.17. Editorul de proprietăţi al unei vane

în imaginea din mijlocul figurii 4.17, utilizatorul alege tipul vanei, de exemplu TCV, dintre

cele 6 disponibile în EPANET (vezi paragraful §4.3.1.2). TCV reprezintă o vană de control,

care simulează o vană parţial închisă prin introducerea unui coeficient de pierderi de sarcină

hidraulică locale;


disponibil după rulare, se observă valorile setate de către utilizator, iar în partea de jos a

Editorului, se poate citi: valoarea debitului care tranzitează vana (Flow) în litri pe secundă,

viteza apei (Velocity) în metri pe secundă și pierderea de sarcină hidraulică totală,

raportată la lungimea conductei (Headloss), Lhr , în metru pe kilometru [m/km].

4.3. Componentele unei reţele de conducte în EPANET

După cum s-a specificat în paragraful §4.1.3, la efectuarea unui calcul hidraulic, EPANET ia

în considerare două categorii de componente ale rețelei de conducte: componente


”concrete”, care apar explicit pe schema rețelei, respectiv componente ”abstracte”, care sunt

legate de funcționarea unora dintre componentele ”concrete” existente în schema rețelei.

4.3.1. Componente concrete

EPANET modelează un sistem de distribuţie a apei sub forma unei multitudini de legături

conectate la noduri. Nodurile și legăturile sunt componentele ”concrete” ale rețelei:

nodurile reprezintă intersecțiile propriu-zise între conducte, caz în care nodurile sunt

numite joncțiuni, sau reprezintă rezervoare (la care sunt conectate conducte); rezervoarele pot

fi de 2 tipuri: bazine (rezervoare deschise la presiunea atmosferică, cu volum infinit de apă) și

rezervoare sub presiune (cu volum finit și rol de stocare a apei);

legăturile sunt conducte propriu-zise, pompe sau vane.

4.3.1.1. Noduri

Nodurile reprezintă puncte în reţea unde legăturile se unesc, sau unde apa intră sau iese din

reţea.

Datele de intrare de bază cerute pentru joncțiuni sunt (vezi paragraful §4.2.4.1): cota;

consumul de apă. Rezultatele calculate pentru joncțiuni pe toată durata simularii sunt:

înălţimea piezometrică; presiunea. Joncțiunile pot de asemenea să:

aibă consumuri care să varieze cu timpul;

aibă consumuri negative care indică faptul că apa intră în reţea;

conțină orificii care fac ca debitul de scurgere să depindă numai de presiunea calculată în

nod.

Bazinele sunt rezervoare deschise la presiunea atmosferică, cu volum infinit de apă. Bazinele

sunt noduri care reprezintă o sursă externă infinită de apă pentru reţea. Sunt utilizate

pentru înlocuirea în modelare a lacurilor, râurilor, acviferelor.

Proprietatea de bază ce trebuie introdusă pentru un bazin este înălţimea piezometrică (vezi

paragraful §4.2.4.2). Deoarece bazinul reprezintă un punct marginal pentru o reţea, înălţimea

piezometrică nu poate fi afectată de ce se întâmplă în interiorul reţelei. De aceea, pentru

proprietăţile de ieşire nu sunt necesare calcule. Totuşi, înălţimea sa piezometrică poate să

varieze în timp, prin alocarea unei curbe (unui tipar) de variație în timp.


Rezervoarele sub presiune sunt noduri cu capacitate de stocare, în care volumul de apă

stocat poate varia în timp pe perioada unei simulări. Proprietăţile principale de intrare pentru

rezervoarele sub presiune sunt (vezi paragraful §4.2.4.3): cota la care se află amplasat

rezervorul (nivelul apei este zero); diametrul (sau diametrul echivalent dacă nu este cilindric);

nivelul iniţial, minim şi maxim al apei. Principala variabilă calculată este sarcina piezometrică

la suprafeţei apei.

Rezervoarele nu pot funcționa decât între nivelele minim şi maxim. EPANET opreşte intrarea

apei în rezervor dacă acesta se află la nivelul maxim şi stopează curgerea apei din rezervor

dacă acesta se află la nivelul minim.

Orificiile sunt dispozitive asociate cu nodurile la care debitul de ieșire este calculat numai în

funcţie de presiune. Orificiile pot fi utilizate pentru modelarea curgerii printr-un sistem de

stropire sau de irigaţii. Pot fi, de asemenea, utilizate pentru simularea unei scurgeri dintr-o

conductă legată la reţea. EPANET tratează orificiile ca o proprietate a nodurilor şi nu ca o

componentă de reţea separată.

4.3.1.2. Legături

Conductele sunt legături care transportă apa de la un nod al reţelei la altul. EPANET

presupune că toate conductele sunt pline tot timpul. Direcția de curgere pozitivă este

considerată de la nodul de început (Start Node) al conductei, anume nodul în care a început

desenarea conductei, la nodul de sfârșit (End Node), anume nodul în care a fost finalizată

desenarea conductei vezi în figura 4.14 ID-urile acestor două noduri (42 și 41) între care este

legată conducta cu 105ID . Principalii parametri de intrare pentru conducte sunt (vezi

paragraful §4.2.4.4): nodurile de început şi de sfârșit (sunt alocate automat în momentul

reprezentării conductei pe schema rețelei); diametrul și lungimea conductei, rugozitatea

absolută a pereților conductei, starea în care se află (deschisă, închisă).

Parametrii de stare permit conductelor să conţină de asemenea coeficienți de pierderi de sarcină

hidraulică locale sau clapete de sens. Datele de ieşire calculate pentru conducte vor fi: debitul

transportat; viteza; pierderile de sarcină hidraulică uniform distribuite; coeficientul lui Darcy.

Pompele sunt legături care distribuie energie fluidului. Principalii parametri de introdus

pentru o pompă sunt cele două noduri de care se leagă (intrare şi ieşire) şi curba caracteristică

energetică a pompei, QHH la turația nominală. Principalii parametri calculaţi sunt


(vezi paragraful §4.2.4.5): debitul şi înălţimea de pompare în punctul de funcționare

energetică.

Debitul prin pompă este unidirecţional, iar EPANET nu permite ca o pompă să funcţioneze în

afara curbei sale (la debite mai mari sau mai mici). În cazul în care condiţiile sistemului solicită

o înălţime de pompare mai mare decât valoarea maximă specificată în curba energetică a

pompei, EPANET opreşte pompa. Dacă necesită un debit mai mare decât debitul maxim,

EPANET oprește pompa. În ambele cazuri, va apărea un mesaj de avertizare.

EPANET poate lucra şi cu pompe cu turaţie variabilă, iar setările pentru acestea pot fi de

asemenea modificate de utilizator, dar tot în aria curbei energetice a pompei, determinată

pentru acea turație (cu ajutorul relațiilor de similitudine).

Ca şi conductele, pompele pot fi închise sau deschise, după un anumit algoritm sau dacă există

anumite condiţii în reţea. Funcţionarea unei pompe poate fi, de asemenea, descrisă prin

alocarea unei curbe (unui tipar) de variație în timp a turației.

EPANET poate calcula şi consumul de energie şi costul acesteia. Pentru a calcula puterea

electrică consumată pentru pompare, este nevoie de valoarea randamentului pompei în

punctul de funcționare energetică.

Dacă este furnizată curba caracteristică de randament Q a pompei la turație

nominală, atunci EPANET calculează randamentul pompei în punctul de funcționare

energetică. Pentru funcționarea la alte turații decât cea nominală, EPANET are o limitare,

în sensul că nu apelează la parabola punctelor omoloage de funcționare (vezi paragraful

§3.5.1.2), ci calculează randamentul tot pe baza curbei de randament de la turația nominală.

Dacă nu este furnizată curba caracteristică de randament a pompei, EPANET utilizează

valoarea implicită a randamentul agregatului de pompare, anume 75 %.

În EPANET, pompele pot funcționa singular, sau pot fi cuplate în serie sau în paralel, caz în

care funcționarea acestora este determinată pe baza considerentelor prezentate în paragraful

§3.4.3.

Vanele sunt legături care limitează presiunea sau debitul către o valoare specifică în reţea

sau introduce o anumită pierdere de sarcină. Principalii parametri de intrare pentru o vană sunt

(vezi paragraful §4.2.4.6): nodurile de intrare şi ieşire; diametrul; setările ce trebuie făcute în

funcție de tipul vanei ales [38]; starea (închisă sau deschisă). Pentru o vană, sunt calculate

debitul și pierderile de sarcină hidraulice totale.

EPANET cuprinde 6 tipuri de vane:


1. Vane de reducere a presiunii (Pressure Reducing Valve, simbolizate PRV) menţin

presiunea în nodul amonte la o anumită valoare;

2. Vane de menținere a presiunii (Pressure Sustaining Valve, simbolizate PSV) menţin

presiunea în nodul aval la o anumită valoare;

3. Vane de rupere a presiunii (Pressure Breaker Valve, simbolizate PBV) forţează apariția

unei pierderi de presiune specificate;

4. Vane de control a debitului (Flow Control Valve, simbolizate FCV) limitează debitul la

o valoare specificată;

5. Vane de control (Throttle Control Valve, simbolizate TCV) simulează o vană parţial

închisă, prin introducerea coeficientului de pierderi de sarcină hidraulică locale;

6. Vane de uz general (General Purpose Valve, simbolizate GPV) utilizate pentru a

reprezenta o legătură pentru care utilizatorul furnizează o curbă de variație Qhh dd a

pierderilor de sarcină hidraulică uniform distribuite în funcție de debit, curbă care înlocuiește

formula prestabilită în EPANET pentru calculul acestor pierderi. Aceste tipuri de vane pot fi

folosite pentr a modela turbine hidraulice.

Vanele de separație, care se închid sau se deschid complet, nu sunt considerate ca vane în

categoria legăturilor, ci sunt incluse ca proprietate a conductei pe care sunt montate.

4.3.2. Componente abstracte

După cum s-a specificat în paragraful §4.1.3, componentele ”abstracte” din EPANET sunt:

curbe de funcționare ale pompelor sau ale vanelor existente în sistem;

grafice/tipare de variație în timp aferente diferiților parametri ai rețelei (debite consumate

în noduri, sarcini piezometrice în rezervoare);

comenzi pentru controlul funcționarii rețelei (modificări ale nivelului apei în rezervoare

în funcție de timp; modificări ale pozițiilor vanelor în funcție de timp; modificări ale valorii

unui anumit parametru obținut în rețea; condiții de presiune în anumite puncte din rețea, care

determină pornirea/oprirea pompelor, sau modificarea turației acestora etc).


4.3.2.1. Curbe de funcţionare

În EPANET, curbele de funcționare (Curves) sunt obiecte care conțin perechi de puncte, care

reprezintă o relație între două variabile. Curbele de funcționare se găsesc în EPANET pe

următoarea cale: Browser/ Data/ Curves (figura 4.18). Pot fi introduse următoarele 4 tipuri de

curbe de funcționare (figura 4.19):

curba de capacitate dependența dintre nivelul apei [m] și volumul rezervorului [m3],

Vhh , notată Volume Curve;

curba caracteristică energetică a pompei dependența dintre înălțimea de pompare [m] și

debit [l/s], QHH , notată Pump Curve;

curba caracteristică de randament a pompei dependența dintre randament [%] și debit

[l/s], Q , notată Efficiency Curve;

curba de pierderi de sarcină hidraulică uniform distribuite [m] în funcție de debit [l/s],

Qhh dd , notată Headloss Curve.

Pentru a introduce o curbă nouă, adică pentru a adăuga o curbă de funcționare, se accesează

Editorul de curbe (Curve Editor) în Browser/ Data/ Curves și se face click pe butonul Add

(adaugă). Pentru a edita o curbă existentă, se selectează curba (se selectează ID-ul curbei din

listă) și se face click pe butonul Edit, ca în figura 4.18.

Fig. 4.18. Adăugarea/Editarea unei curbe de funcționare în Browser/ Data/ Curves


Fig. 4.19. Editorul de curbe, cu cele 4 tipuri de curbe de funcționare disponibile

Pentru exemplificare, în figura 4.20 sunt prezentate curbele caracteristice ale unei pompe

centrifuge, inserate în Editorul de curbe din EPANET.

Fig. 4.20. Curbele caracteristice ale unei pompe centrifuge editate în EPANET

4.3.2.2. Grafice/tipare de variaţie în timp a diferiţilor parametri ai reţelei

Pentru ca într-o analiză pe o perioadă mai extinsă de timp, reţeaua să se comporte cât mai real,

trebuie să creăm o curbă (un tipar) de variație în timp, care să ducă la diferite variaţii ale

consumului în noduri pe parcursul unei zile. Curba/tiparul de variație în timp (Pattern) se

găsește în EPANET pe următoarea cale: Browser/ Data/ Pattern (figura 4.21, în stânga).


Fig. 4.21. Adăugarea/Editarea unei curbe (unui tipar), Pattern, de variație în timp: Graficul

de variaţie orară a debitului consumat, pentru o localitate cu 100000 de locuitori [43]

Pentru a introduce un Pattern nou, se accesează Editorul de tipare (Pattern Editor) în

Browser/ Data/ Pattern și se face click pe butonul Add (adaugă). Pentru a edita un Pattern

existent, se selectează curba (se selectează ID-ul curbei din listă) și se face click pe butonul

Edit, ca în figura 4.21 (în partea stângă).

Pentru graficul consumului zilnic de apă din centrele populate, adică pentru variația orară

a consumului de debit de-a lungul unei zile (24 de ore), în standardul SR 1343-1:2006 [43],

se dau coeficienții de variație orară a debitului consumat, în raport cu debitul zilnic mediu

consumat. În figura 4.21 (în partea dreaptă) este prezentat, pentru exemplificare, graficul de

variaţie orară a debitului consumat, pentru o localitate cu 100000 de locuitori.

Pentru a implementa un grafic/tipar de variație în timp în calculul hidraulic al unei rețele,

trebuie selectate anumite opțiuni de calcul temporal. Pentru aceasta se accesează calea:

Browser/ Data/ Options/ Times, apoi se face click pe Edit, ca în figura 4.22 (partea stângă).

În Editorul de Opțiuni temporale (Times Options), se setează următoarele valori:

durata totală a unei simulări, în ore (Total Duration) egală cu 24 de ore (în acord cu

tiparul din figura 4.21);

pasul de timp utilizat în calculul hidraulic, în ore (Hydraulic Time Step), egal cu o oră

(1:00 ore:min);

pasul de timp utilizat în calculul de analiză a calității apei, în minute (Quality Time

Step), egal cu 5 minute (0:05 ore:min) în lucrarea de față am declarat că nu abordăm

problema analizei calității apei, dar în acest paragraf trebuie sublinait faptul că dacă se


consideră și acest tip de modelare, atunci Quality Time Step trebuie să fie mult mai mic decât

Hydraulic Time Step [38];

pasul de timp al graficului/tiparului de variație, în ore (Pattern Time Step), egal cu o oră

(1:00 ore:min), așa cum a fost construit acest Pattern în figura 2.21;

momentul de timp de la care începe să se aplice graficul/tiparul de variație (Pattern

Start Time), anume miezul nopții, adică ora 0:00;

pasul de timp utilizat pentru raportarea/înregistrarea datelor (Reporting Time Step), egal cu o

oră (1:00 ore:min);

momentul de timp de la care încep să fie înregistrate datele (Report Start Time), anume

miezul nopții, adică ora 0:00;

ora de start a ceasului (vizibil în figura 4.21, în mijloc, unde scrie: Day 1, 12:00 AM), 12

a.m.

Fig. 4.22. Editarea opțiunilor de calcul temporal în Browser/ Data/ Options/ Times

4.3.2.3. Comenzi pentru controlul funcţionării reţelei

Pentru a controla mai bine funcţionarea reţelei, EPANET pune la dispozitie o serie de reguli ce

pot fi introduse de către utilizator. Aceste reguli se împart în două categorii:

Reguli simple (Simple Controls);

Reguli compuse (Rule-Based Controls).


Regulile simple pot schimba statutul sau setarea unei legături sau al unui nod, precum: nivelul

apei din rezervor; presiunea într-un punct; durata unei simulări; timpul zilnic (ora).

Regulile compuse permit schimbarea statutului şi a setărilor bazate pe combinaţii de condiţii,

ce pot apărea după ce au fost făcute calcule iniţiale de stare ale sistemului.

Fig. 4.23. Stație de pompare pentru care se aplică reguli compuse (Rule-Based Controls)

Spre exemplu, pentru simularea funcționării unei stații de pompare, ca cea din figura 4.23,

cu 3 turbopompe cu turație constantă, la care trebuie menținută presiunea pe conducta de

refulare din stație între valorile de 50 m.c.a. și 60 m.c.a, pot fi introduse următoarele reguli

compuse (considerând că pompa 1 va funcționa tot timpul):

Regula 1

Dacă presiunea în nodul 2 sub 50

Şi starea pompei 2 este ,,deschisă”

Şi starea pompei 3 este ,,închisă“

Atunci deschide pompa 3.

Regula 2

Dacă presiunea în nodul 2 sub 50

Şi starea pompei 2 este ,,închisă”


Atunci deschide pompa 2.

Regula 3

Dacă presiunea în nodul 2 peste 60



Atunci închide pompa 2.

Regula 4

Dacă presiunea în nodul 2 peste 60


Să starea pompei 3 este ,,deschisă”

Atunci închide pompa 3.

Nodul 2 este nod de comandă, deoarece în funcţie de presiunea calculată în nodul 2,

pornesc sau se opresc pompele.

epanet

Documents