Herramienta de simulación de redes hidráulicas genéricas

Abstract

Las situaciones transitorias son muy comunes en las instalaciones hidráulicas y pueden conllevar graves consecuencias en estas debido a las situaciones oscilatorias que se forman que pueden tener altos picos de presión y altas frecuencias. En este trabajo se ha desarrollado una herramienta de simulación de instalaciones hidráulicas para situaciones estacionarias y transitorias, que permite calcular presión, caudal y velocidad en un punto cualquiera y un instante cualquiera de la instalación hidráulica. Esta herramienta permitiría realizar el diseño de una instalación y comprobar su comportamiento ante determinadas situaciones. Las ecuaciones de flujos en conductos en el caso transitorio son ecuaciones hiperbólicas, por lo tanto han de ser resueltas por métodos numéricos como el método de las características, que es el más popular, o el método de diferencias finitas. Sin embargo, para la resolución de flujos transitorios la herramienta implementa el método de Godunov, el método se basa en un método de resolución del Problema de Riemann, divide los conductos en celdas y calcular los flujos en las interfaces de la celda. La implementación de condiciones de contorno, como válvulas, uniones de tuberías y depósitos, dentro del enfoque de Godunov es similar a la del enfoque del método de características. Se aplica la herramienta una serie de casos tanto estacionarios como transitorios.

Transient situations are very common in hydraulic installations and can have serious consequences in these due to the oscillatory situations that are formed, which can have high pressure peaks and high frequencies. In this work we have developed a simulation tool for hydraulic installations for stationary and transient situations, which allows to calculate pressure, flow and velocity at any point and at any time of the hydraulic installation. This tool would allow the design of an installation and check its behavior in certain situations. The equations of flow in conduits in the transient case are hyperbolic equations, therefore they have to be solved by numerical methods such as the method of characteristics, which is the most popular, or the finite difference method. However, for the resolution of transient flows the tool implements Godunov’s method, the method is based on a method of solving the Riemann Problem, divide the ducts into cells and calculate the flows at the cell interfaces. The implementation of boundary conditions, such as valves, pipe joints and tanks, within the Godunov approach is similar to that of the method of characteristics approach. The tool is applied to a number of both stationary and transient cases.