Disponer de soluciones para resolver problemas relacionados con el agua no es nuevo. Por supuesto, a la antigua el ingeniero debía hacerlo con métodos iterativos que eran tediosos y desligados del entorno CAD/GIS. Hoy el gemelo digital cada día se conecta procesos de análisis, y diseño de infraestructuras, incluido no solo el modelado para su construcción sino también la operación.
El año pasado tuve la oportunidad de sentarme con un colega a quien sigo desde aquel tiempo de Haestad Methods. Me refiero a Bob Mankowski, que junto a Benoit Fredericque me atendieron durante el evento Going Digital Awards en Singapur. Y, hablando de avances de gemelos digitales para monitoreo, tocamos el tema de las soluciones para aguas, haciendo una comparación de lo que era la modelación antes del CAD/BIM y lo que ahora representa la gestión integrada.
De allí salió este resumen, que finalmente grafiqué para resumir las herramientas que existen para el desarrollo de proyectos de tamaño significativo, como planes maestros, planes de desarrollo territorial y optimización de operaciones de sistemas de distribución de agua potable, aguas residuales y pluviales.
A. Soluciones para alcantarillado pluvial (OpenFlows STORM)
STORM es una solución que permite hacer análisis y simulaciones para el diseño de sistemas de alcantarillado de aguas lluvias. Tiene métodos para ingeniería hidrológica en aspectos como el cálculo de escorrentías de captación, capacidades de entrada y flujos de redes de tuberías e infraestructuras de canalización. Hace funciones que tienen otras plataformas, como HEC-RAS, con la diferencia que esta es una solución más integral para un profesional, enfocada no solo en el análisis sino el diseño y por lo tanto se puede integrar a la ingeniería de vías y urbanizaciones con herramientas como OpenRoads o OpenSite.
OpenFlow STORM existe en estas dos versiones:
1. CivilStorm
2. StormCAD.
La diferencia entre estas dos versiones es, que CivilStorm se ejecuta de forma independiente o sobre Microstation / OpenRoads, mientras que StormCAD se ejecuta sobre AutoCAD. Ambas tienen funcionalidades similares aunque las que se ejecutan sobre AutoCAD son una versión más limitada y menos integral para interactuar con otras soluciones de Bentley Sytstems.
Un profesional de Hidrología podrá con STORM aplicar el método racional para calcular los flujos máximos en el diseño de alcantarillado pluvial. Bien se podría especificar datos de Intensidad-Duración-Frecuencia mediante ecuaciones o tablas, para luego trazar las isoyetas y reutilizar los datos en otros diseños. Soporta un número ilimitado de áreas de subcuencas y coeficientes C para cada cuenca de entrada, pudiendo agrupar áreas contribuyentes externas, flujos adicionales y flujos remanentes para modelar la escorrentía no local que contribuye a la descarga en cualquier entrada. StormCAD proporciona varios métodos para calcular el tiempo de flujo, incluida la velocidad de la tubería completa, la velocidad normal, la velocidad final promedio y ponderada.
De modo que un profesional, podrá aplicando el Método racional resolver sin inconvenientes una tabla de intensidad-duración-frecuencia (IDF) definida por el usuario, Hydro-35, ecuación de tabla IDF, ecuación de curva IDF, ecuación logarítmica polinómica IDF. Adicionalmente métodos de tiempo de concentración: definido por el usuario, Carter, Eagleson, Espey/Winslow, Agencia Federal de Aviación, Kerby/Hathaway, Kirpich (PA y TN), longitud y velocidad, SCS Lag, TR-55 Sheet Flow, TR-55 Shallow Concentrated Flujo, Flujo de canal TR-55, Onda cinemática, Friend, Bransby-Williams.
Quizá una de las cosas que más me han impresionado es la cantidad de métodos ya automatizados. Un profesional de hidráulica , podrá hacer simulaciones de estado estacionario, así como análisis de capacidad y remanso por métodos de perfil. También por métodos de pérdida de carga podrá aplicar AASHTO, HEC-22, estándar, absoluto, genérico y curva de pérdida de carga-flujo.
Adicionalmente, simulación de desvío, diseño automático basado en restricciones, métodos de pérdida por fricción: Manning, Kutter, Darcy-Weisbach y Hazen-Williams.
En cuanto a interoperabilidad, STORM tiene formas de integrar mapas de fondo, tal como imágenes de Bing así como con otras plataformas CAD, GIS y bases de datos. Puede interactuar con datos LandXML, MX Drainage, DXF, DWG, Shapefile, MicroDrainage.
B. Soluciones para sistemas hidro-sanitarios (GEMS)
La línea GEMS tiene estas dos versiones, muy similares a STORM:
3. SewerGEMS
4. SewerCAD
En esencia, son herramientas para modelado de sistemas de redes de aguas residuales y de alcantarillado.
A diferencia de lo que se podría hacer con funcionalidades básicas como las que trae Civil3D, SewerCAD es una solución especializada para escenarios completos que incluyen tanto el análisis, diseño y operación; aplicando métodos de calibración e integración al modelos de regulación como SCADA.
El fuerte de SewerCAD en cuanto a manejo de modelos, es que puede manejarse múltiples escenarios y alternativas. Puede hacerse comparaciones, generar reportes personalizables, tanto a nivel de datos tabulares como espaciales, incluido control topológico. Estos resultados se pueden desplegar de forma gráfica, diréctamente en ArcMap o como i-model de Bentley Map.
Los profesionales de hidráulica podrán encontrar todo el set de ecuaciones de St. Venant, así como motores dinámicos implícitos y explícitos EPA-SWMM. Es posible generar simulaciones de períodos extendidos y también en modo steady-state. Adicionalmente incluye funcionalidades integradas de cálculos Storm, Culvert, integración de redes con estanques, bombeo e infraestructuras sanitarias, que normalmente se harían de manera separada ingresando los datos directamente; manejando un formato unificado para proyectos de SewerCAD, CivilStorm y StormCAD.
Las otras soluciones de GEMS son para diseño y operación de sistemas de redes de agua potable:
5. WaterGEMS
6. WaterCAD
Las funcionalidades, son similares con Sewer en lo relativo al enfoque sistémico de optimizar, diseñar, calibrar y operar redes completas apegados a indicadores SCADA, con opción de aplicar parámetros automatizados APEX.
Los profesionales de Hidráulica disfrutarán viendo como los cálculos iterativos que hacían con hojas logarítmicas e interpolación de gráficos, aquí están incluidos de manera automatizada, tal como los procedimientos de calibración Darwin tanto para diseño, como para rehabilitación y control de redes de agua potable.
La interoperabilidad es muy similar a las otras plataformas, literalmente se pueden modelar todos los tipos de infraestructuras de un sistema de agua potable, pudiendo interactuar tanto con AutoCAD como con ArcMap, incluido HAMMER.
De forma similar a STORM, SewerGEMS y WaterGEMS funcionan stand alone o sobre plataformas de Bentley Systems (Microstation / OpenRoads), en tanto que SewerCAD y WaterCAD trabajan sobre AutoCAD. Adicionalmente puede funcionar sobre ArcGIS.
C. Soluciones para modelación de presas (PondPack)
7. PondPack
En el diseño de sistemas urbanos modernos, donde la topografía no es tan pronunciada, la gestión de presas de captación o reciclaje de agua son vitales, puesto que en una tormenta las aguas no tienen un fluido natural por gravedad hacia un río como sucede en topografías irregulares.
PondPack es una solución específica para la gestión de sistemas de una o varias presas de captación, en las que se requiere estimar picos flujos, tiempos de llenado y vaciado aplicando métodos hidrológicos que garantizan la reducción de riesgos de inundación.
Similar a las otras aplicaciones, pero con el mismo nombre, PondPack tiene una versión independiente, una que se ejecuta sobre Microstation y otra sobre AutoCAD.
Profesionales de ingeniería hidrológica o hidráulica podrán modelar ilimitados eventos usando métodos como SCS 24-horas tipo I, IA, II y II para sistemas de distribución de aguas lluvias para modelos como Midwest U.S, datos de pluviales Gauded y también curvas I-D-F. De igual forma, para métodos de concentración puede aplicarse los Carter, Eagleson, Espey/Winslow, entre otros.
D. Soluciones para inundaciones (FLOOD)
8. FLOOD
Esta es una herramienta para modelado, análisis y mitigación de riesgos de inundación urbana, bordes de riveras y áreas de influencia costeras. Los profesionales de planificación territorial, encontrarían en FLOOD una solución tanto para sistemas de drenaje urbano como el análisis de infraestructuras críticas aplicadas a la hidráulica e hidrología.
Es posible con FLOOD simular fenómenos como tormentas, saturación del suelo, ruptura de represas, falla de diques, fallas de sistemas de drenaje, tsunamis, elevación del nivel del mar o escenarios atípicos de mareas.
FLOOD es una aplicación independiente, pero puede interactuar con modelos trabajados en SewerGEMS en lo relativo a redes de alcantarillado. Puede importar datos a partir de formatos TIN generados con herramientas de Bentley Systems, ContexCapture; también puede generar salidas para LumenRT y en cuanto a formatos raster GDAL soporta ficheros tipo ARC, ADF, TIFF. Otros formatos soportados incluye WKT, EsriShapefile, NASA DTM y LumenRT 3D.
E. Soluciones para transientes hidráulicos (HAMMER)
9. HAMMER
Esta es una herramienta específica para uno de los procesos críticos de los sistemas hidráulicos, llamado transientes. Cuando se trata de conectar sistemas, sean nuevos o combinación con sistemas existentes, es necesario estimar situaciones críticas en las diferentes infraestructuras interconectadas (tanques, válvulas, tuberías, turbinas, etc.)
HAMMER puede modelar ilimitados escenarios y alternativas, con topologías conceptuales o geográficas. El análisis puede validar cada nodo, pudiendo probar diferentes condiciones de presión, velocidad, características gravimétricas de líquidos, presión de vapor y períodos de estimación.
Un profesional podrá encontrar métodos automatizados que antes se hacían manualmente con iteraciones casi interminables para tareas como un golpe de ariete con bombeo y velocidad variable, así como métodos de fricción usando Hazen Williams, Darcy Weisbach o Mannings tanto directos como combinados. Y en cuanto a controles lógicos o basados en reglas se puede aplicar Unsteady – Vitovsky.
F. Soluciones para cálculos hidráulicos (MASTER)
10. CurlvertMaester
11. FlowMaster
Estas son calculadoras hidráulicas para diseño de infraestructuras para sistemas de aguas, que incluye no solo el análisis conceptual sino también aplicando diferentes materiales, secciones y condiciones de entrada.
En conclusión, OpenFlows promete ser la mejor solución para ingeniería de aguas, especialmente porque la integración a entornos CAD/GIS supera otro tipo de soluciones que son limitadas en su integralidad y orientación al ciclo completo de las infraestructuras.
Dónde encontrar cursos de capacitación para OpenFlows
Una de las mejores alternativas de capacitación para estas plataformas es AulaGEO.
Curso de OpenFlows SewerGEMS / SewerCAD
