Epanet

Corso di Costruzioni Idrauliche I - A.A. 2011-2012 – ing Blal Adem

EPANET 2Introduzione all’utilizzo del software

Ing. Blal ADEM ESMAIL

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Cosa vedremo?Cos’è Epanet?

Esempio di modellazione di una rete semplice:

A. Simulazione stazionaria;

B. Simulazione estesa a lungo periodo;

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Cos’è Epanet 2?EPANET è un software per l’analisi di reti di tubazioni

in pressione.

Con EPANET si possono effettuare simulazioni stazionarie o estese al lungo periodo circa: il comportamento idraulico la quantità delle acque all’interno di un sistema di

distribuzione di acqua potabile3

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Come funziona Epanet? Epanet 2 è uno strumento di calcolo, È uno strumento usato maggiormente per la verifica di funzionamento

di una rete, più che per la progettazione.

L’inquadramento del problema, le scelte progettuali ecc..sono, quindi, prerogativa dell’ingegnere.

INPUT• Caratteristiche

Epanet 2

•

OUTPUT• Portate tubi

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Descrizione di una rete di distribuzione

COMPONENTI FISICI COLLEGAMENTI

NODI

COMPONENTI NON FISICI

CURVE

CONTROLLI

PATTERN

RETE

Un sistema di distribuzione di acqua in pressione è costituito da componenti fisici e non:

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Descrizione di una rete di distribuzione

TubazioniPompeValvole

Punti di erogazioneSerbatoi di compensoBacini idrici

COMPONENTI FISICI

COLLEGAMENTI

NODI

Un sistema di distribuzione di acqua in pressione è costituito da componenti fisici e non:

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EPANET: nodi Junctions: i nodi sono i punti della rete dove i links (i tubi) si uniscono tra

loro e dove l’acqua entra o esce dalla rete. Necessitano di alcune informazioni quali la richiesta d’acqua al nodo o la sua quota);

Reservoirs: le riserve idriche sono nodi rappresentanti una riserva infinita per la rete. Possono essere ad esempio laghi, fiumi, sorgenti o falde sotterranee. Si utilizzano per simulare i pompaggi da pozzo. Sarà necessario inserire la quota del pelo libero dell’acqua);

Tanks: i serbatoi di compenso o di testata sono dei nodi con capacità di stoccaggio dell’acqua in cui il livello può variare durante le simulazioni. Si dovranno impostare le quote iniziali e finali dell’acqua, il diametro (Epanet considera i serbatoi come cilindri), la quota di zero. Sarà necessario quindi 7

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EPANET: collegamenti Pipes: i tubi trasportano l’acqua da un nodo all’altro della rete. Epanet li

assume pieni in qualsiasi momento. In genere il programma necessita dell’ID del nodo di partenza ed arrivo, diametro, lunghezza, coefficiente di scabrezza...;

Pumps, le pompe sono elementi che impartiscono energia all’acqua innalzando il carico idraulico. Si possono usare pompe in parallelo o in serie, decidendo orari prestabiliti di funzionamento. Solitamente Epanet richiede i due nodi di inizio e fine nonchè la curva caratteristica, cioè la relazione che lega la portata elaborata dalla pompa al carico fornito al fluido.

Valves: Si possono posizionare valvole all’interno delle tubazioni che 8

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Componenti di una rete di distribuzione Un sistema di distribuzione di acqua in pressione è

PATTERN Richieste idricheLivello dei bacini

pompevolumi serbatoi

Acc./spegn.to pompeValvole

COMPONENTI NON FISICI

CURVE

CONTROLLI

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Epanet: dati in OUTPUT In seguito ad una simulazione del comportamento di una

rete, EPANET è in grado di fornire informazioni circa:

la portata d’acqua in ogni tubo, la pressione in ogni nodo, il livello dell’acqua in ciascun serbatoio, la concentrazione di una specie chimica su tutta la rete, l’età dell’acqua, tenere traccia di eventuali fonti di tracing.

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Epanet: capacità di modellazioneEPANET dispone di strumenti di analisi idraulica che consentono di:

1. analizzare reti di qualunque dimensione,2. scegliere tra varie formule per il calcolo della perdita di carico per

attrito: Hazen-Williams, Darcy-Weisbach o Chezy-Manning, 3. modellare le perdite di carico minori dovute a curve, raccordi, ecc4. modellare pompe a velocità costante o variabile5. calcolare il consumo di energia e i costi di pompaggio6. modellare vari tipi valvole, comprese quelle di intercettazione, di

controllo e di regolazione della pressione o della portata,7. avere serbatoi di stoccaggio di qualsiasi forma (cioè, diametro può

variare in altezza)8. modellare domande multiple rispetto allo stesso nodo, ognuno con il

proprio modello di variazione nel tempo (pattern)9. modellazione di portate in funzione della pressione emesse da 11

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Installazione EPANET versione 2 viene distribuito come un unico file: en2setup.exe.

Per installare EPANET:

Dal menu Start di Windows selezionare Run,

Immettere il percorso completo e il nome del file en2setup.exe, oppure cliccare sul

pulsante Browse per individuare il file sul tuo computer,

Fare clic sul pulsante OK per avviare il processo di installazione.

Il programma di installazione vi chiederà di scegliere una cartella (directory) in

cui i file EPANET verranno inseriti. La cartella predefinita è c: \ Program Files \

EPANET2.

Dopo che i file vengono installati il Menu Start avrà un nuovo elemento

denominato EPANET 2.0. Per avviare EPANET è sufficiente selezionare la voce

EPANET 2,0 dal menu Start (Il nome del file eseguibile che gira sotto Windows è 12

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Fasi di modellazione di una rete Per la modellazione di un sistema di distribuzione di

acqua in pressione con Epanet, di norma occorre:

A. definire alcuni parametri ed impostazioni di base;

B. disegnare la rete che costituisce il nostro sistema di distribuzione o importare una descrizione di base della rete posta in un file di;

C. modificare le proprietà degli oggetti che compongono il sistema ;

D. descrivere come il sistema viene gestito ;

E. selezionare una serie di opzioni di analisi ;

F. eseguire l'analisi del comportamento idraulico e/o della qualità dell’acqua ;

G. visualizzare i risultati delle analisi .13

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Esempio applicativo Rete di distribuzione costituita da una riserva idrica (es. un impianto di

trattamento) da cui l'acqua viene pompata in una rete di tubazioni costituita da “2” anelli chiusi. Un serbatoio di compenso collegato con un tubo completa il sistema di distribuzione analizzato.

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Caratteristiche della rete Le caratteristiche dei tubi e dei nodi sono:

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Caratteristiche della rete Le caratteristiche della pompa e del serbatoio:

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Impostazioni dei parametri di progetto Il primo passo consiste nel creare un nuovo progetto in EPANET e fare in modo che

vengano selezionate alcune opzioni predefinite.

Per creare un nuovo progetto, avviare EPANET e selezionare File >> New .

Selezionare Project >> Defaults per aprire la maschera di dialogo che useremo per fare i modo che nuove componenti aggiunte alla rete di distribuzione vengano etichette automaticamente con numeri consecutivi a partire dal “1”. Allo scopo, sulla pagina ID Labels della finestra di dialogo, cancellare tutti i campi ID Prefix e impostare ID Increment a “1”.

Della finestra di dialogo selezionare la pagina Hydraulics e impostare la scelta delle unità di flusso in LPS (litri al seconto). Ciò implica che per tutte le altre grandezze verrà utilizzato il sistema di unità di misura Internazionale (lunghezza in metri, diametro del tubo in mm, pressione in m H2O, ecc).

Selezionare Darcy-Weisbach Formula (D-W) come la formula perdita di carico. 17

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Impostazioni dei parametri di progetto 1. File >> New 2. Project >> Defaults

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Impostazioni dei parametri di progetto help>>>Units

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Impostazioni dei parametri di progetto help>>>Help Topics >>> Head Loss Formulas

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Impostazioni opzioni visualizzazione Ci consentono aggiungere oggetti alla mappa, di vedere le loro etichette e i loro

simboli di identificazione. 1. selezionare View >> Options, per aprire la maschera di dialogo Map Options . 2. selezionare la pagina Notation e confermare le impostazioni desiderate; 3. passare alla pagina Symbols e spuntare tutte le caselle. 4. Fare clic sul pulsante OK per accettare queste scelte.

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Disegno dello schema della rete

Iniziamo a disegnare la nostra rete facendo uso del mouse e dei tasti presenti sulla barra degli strumenti Mappa.

Se la barra degli strumenti non è visibile selezionare View >> Toolbars >> Map

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Disegno dello schema della rete

1. Aggiungo il serbatoio. Fare clic sul pulsante Add Reservoir quindi cliccare con il mouse sulla mappa in corrispondenza della posizione del serbatoio (da qualche parte a sinistra della mappa).

2. Successivamente, si aggiungono i nodi di giunzione. Fare clic sul pulsante Add Junction e quindi fare clic sulla mappa in corrispondenza delle posizioni dei nodi da 2 a 7.

3. Infine, aggiungere il serbatoio cliccando sul pulsante Add Tank e selezionando con il mouse la posizione nella mappa del serbatoio.

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Disegno dello schema della rete• La mappa di rete dovrebbe essere simile il disegno sotto:

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Disegno dello schema della rete4. Quindi, si aggiungono i tubi. Cominciamo con tubo 1 che collega

il nodo 2 al nodo 3. In primo luogo fare clic sul pulsante Add Pipe della barra degli strumenti. Quindi fare clic con il mouse sul nodo 2 sulla mappa e poi sul nodo 3. Ripetere questa procedura per tubi da 2 a 7. Il tubo 8 è curvo. Per disegnarlo, dapprima fare clic col

mouse sul nodo 5. Poi, man mano che si sposta il mouse verso il nodo 6, fare clic nei punti in cui è necessario un cambio di direzione per mantenere la forma desiderata. Completare il processo facendo clic sul nodo 6.

5. Infine si aggiunge la pompa. Fare clic sul pulsante Add Pump , fare clic sul nodo 1 e poi sul nodo 2. 25

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Disegno dello schema della rete6. Procediamo quindi con l’etichettatura della riserva idrica, della

pompa e del serbatoio di compenso. Selezionare il pulsante Add Label sulla barra degli

strumenti e cliccare da qualche parte vicino alla riserva idrica (Nodo 1). Apparirà una casella di modifica. Digitare la parola SOURCE e poi premere il tasto Invio. Fare clic accanto alla pompa e inserire la sua etichetta, poi fare lo stesso per il serbatoio. Quindi fare clic sul pulsante Selezione sulla barra degli strumenti per passare dalla modalità di inserimento testo a quella di selezione degli oggetti.

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Disegno dello schema della rete La rete dovrebbe essere simile a quella riportata sotto;

Se i nodi sono fuori posizione è possibile spostarli facendo clic sul nodo per selezionarlo, e trascinando con il tasto sinistro del mouse premuto nella nuova posizione.

Si noti come tubi collegati al nodo vengano spostati insieme al nodo.

Le etichette possono essere riposizionate in modo simile.

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Impostazione delle proprietà degli oggettiAgli oggetti aggiunti ad un progetto viene assegnato un insieme predefinito di proprietà. Per modificare il valore di una specifica proprietà di un oggetto si deve selezionare l'oggetto nel Property Editor. Ci sono diversi modi per farlo.

A. Se l'editor è già visibile allora si può semplicemente fare clic sull'oggetto o selezionarlo dalla pagina dei dati del Browser.

B. Se l'Editor non è visibile allora si può far apparire da una delle seguenti azioni:I. Fare doppio clic sull'oggetto sulla mappa.II. Fare clic destro sull'oggetto e selezionare Properties dal menu pop-up

menu che appare. 28

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Impostazione delle proprietà degli oggettiFinestra “Property Editor “ (fare doppio clic sull'oggetto sulla mappa)::

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Impostazione delle proprietà di nodi e tubi

Iniziamo a modificare le proprietà del Nodo 2 selezionandolo nel Property Editor. Ci sarebbe da inserire l'altitudine e la domanda di questo nodo nei campi appropriati. È possibile utilizzare i tasti Su e Giù le frecce sulla tastiera o il mouse per spostarsi tra i campi.

Basta cliccare su un altro oggetto (nodo o link) per visualizzare e modificare le sue proprietà con la finestra di dialogo Property Editor.

In questo modo possiamo spostarci da un oggetto all'altro e modificare le voci d’interesse:

la quota e la domanda per i nodi; la lunghezza, diametro e la rugosità per le tubazioni ecc… 30

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Impostazione delle proprietà componenti

Per la riserva idrica è necessario immettere la quota del pelo libero dell’acqua (213,36 m) nel campo Total Head.

Per il serbatoio, immettere o 252,98 per la sua altezza, o 1,07 per il suo livello iniziale, o 6,10 per il suo livello massimo, o 18,29 per il suo diametro.

Per la pompa, abbiamo bisogno di assegnare una curva della pompa (testa contro relazione di flusso). Immettere l'etichetta ID 1

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Impostazione curva pompe Creamo la Curva della pompa “1”. Dalla

pagina Data della finestra del browser, selezionare Curves dal menu a discesa e quindi fare clic sul pulsante Add .

Una nuova curva “1” sarà aggiunto al database e apparirà la finestra di dialogo Curve. Negli appositi campi inserire la portata di progettazione della pompa (37,81) e la prevalenza (45,72).

EPANET crea automaticamente una curva completa della pompa a partire da questo singolo punto. L’equazione della curva è mostrata insieme al suo andamento grafico.

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Salvataggio e apertura progetti: dal menu File selezionare l'opzione Save As.

selezionare un nome di cartella e di file nel quale salvare questo progetto. Si consiglia di nominare il file tutorial.net fileFare clic su Ok per salvare il progetto in un file.

I dati del progetto vengono salvati su file in un formato binario speciale. Se invece si vuole salvare i dati in un file di testo leggibile, utilizzare il comando File >> Export >> Network

Per aprire il nostro progetto in un secondo momento, avremmo 33

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Esecuzione di una simulazione statica Abbiamo informazioni sufficienti per eseguire una analisi

idraulica statica della rete di esempio (simulazione statica di un singolo periodo o snapshot).

Per avviare la simulazione selezionare Project >> Run Analysis o fare clic sul pulsante Run sulla barra degli strumenti standard.

(Se la barra degli strumenti non è visibile dalla barra dei menu selezionare View >> Toolbars >> Standard).

Se la simulazione non ha avuto successo apparirà una finestra di 34

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Esecuzione di una simulazione statica Se la simulazione è stata eseguita correttamente è possibile

visualizzare i risultati calcolati in una varietà di modi. Provare alcuni dei seguenti:

A. Dalla pagina Map del browser selezionare Nodes >> Pressure e osservare come i nodi cambiano colore a seconda dei valori della pressione;

Per visualizzare la legenda per il color-coding, selezionare View >> Legends >> Node (o clic destro su una parte vuota della mappa e selezionare Node Legends dal menu a comparsa).

Per modificare gli intervalli della legenda dei colori, clic destro 35

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Visualizzazione dei risultatiA. Dalla pagina Map del browser selezionare Nodes >> Pressure e

osservare come i nodi cambiano colore a seconda dei valori della pressione;

View >> Legends >> Node (o clic destro su una parte v u o t a d e l l a m a p p a e selezionare Node Legends dal menu a comparsa).

Per modificare gli intervalli della legenda dei colori, clic destro sulla legenda per far apparire il Legend Editor.

A. c 36

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Visualizzazione dei risultati

B. Aprire il Property Editor (doppio clic su qualsiasi nodo o tratto di rete) e notare come i risultati c a l c o l a t i v e n g o n o visualizzati alla fine d e l l ' e l e n c o d e l l e proprietà

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Visualizzazione dei risultatiC. Creare un elenco tabulare dei risultati selezionando Report >>

Table (o facendo clic sul pulsante Table nella barra degli strumenti Standard).

Tabella risultati nodali

Scelta dati da visualizzare

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Visualizzazione dei risultatiC. Creare un elenco tabulare

d e i r i s u l t a t i selezionando:Report >> Table

Tabella risultati nei tubi

Scelta dati da visualizzare

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Simulazione estesa a lungo periodo Per capire meglio il funzionamento a regime del nostro

sistema, impostiamo dapprima l’andamento della richiesta idrica nell’arco della giornata,

Per questo semplice esempio useremo un passo temporale di 6 ore, pertanto avremo un cambio della domanda ai nodi in quattro momenti separati nell’arco delle 24 ore. (Un passo temporale di 1 ora è quello più comunemente usato nei progetti).

Effettuiamo quindi una simulazione estesa a “72 ore” .40

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Simulazione estesa a lungo periodo Impostiamo il passo temporale selezionando Options-Times dalla pagina

Data del browser e cliccando sul pulsante Edit del browser per aprire il Property Editor (se non già visibile). Inseriamo “6” alla voce Pattern Time Step ;

Senza chiudere la finestra dell’editor è possibile impostare la durata della simulazione. Optando per una durata di tre giorni mettiamo “72” nel campo Total Duration.

Passo temporale

Durata simulazione

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Creazione pattern Per creare il pattern dell’andamento della domanda, selezionare la categoria

Patterns dal Browser e quindi fare clic sul pulsante Add

Si aprirà la finestra Pattern Editor e verrà creato un nuovo pattern “1”. Inserire i valori dei moltiplicatore 0.5, 1.3, 1.0, 1.2 per i periodi di tempo da 1 a 4 che daranno al nostro pattern una durata di 24 ore.

Moltiplicatore

I moltiplicatori sono utilizzati per modificare la richiesta di base durante i quattro momenti della giornata.

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Assegnazione dei pattern ai nodi Ora, per ciascun nodo della rete, dobbiamo modificare le proprietà e

assegnare Pattern “1” alla voce Demand Pattern.

Per evitare di dover modificare singolarmente ogni nodo, è possibile modificare le impostazioni idruliche di EPANET.

Dal browser selezionare la categoria Options >> Hydrulics, aprire l’editor e impostare a “1” il campo della voce Default Pattern. In questo modo il pattern “1” sarà assegnato a tutti i nodi della rete, finché non viene assegnato un diverso pattern un nodo alla volta.

Pattern43

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Avvio simulazione

Avviare la simulazione selezionando Project >> Run Analysis o facendo clic sul pulsante Run sulla barra degli strumenti standard.

Per l'analisi estesa al lungo periodo , si dispone di diversi modi per visualizzare i risultati:

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Visualizzazione risultatiA. La barra di scorrimento nel browser consente di

visualizzare la mappa della rete in diversi momenti temporali della simulazione. Provalo usando come la pressiona e la portata come parametri dei nodi e delle tubazioni, rispettivamente.

B. I pulsanti stile VCR del Browser consentono di visualizzare un’animazione della simulazione nel tempo. Fare clic sul pulsante Forward per avviare l'animazione e sul pulsante Stop per fermarlo.

Pulsanti VCR

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Visualizzazione risultatiC. Aggiungi frecce di direzione di flusso (selezionare View >>

Options, dalla finestra di dialogo Map Options selezionare la pagina di Flow Arrows e scegliere uno stile di freccia che si desidera utilizzare).

Quindi inizia l'animazione e nota il cambiamento di direzione del f l usso a t t r ave r so i l t ubo collegato al serbatoio man mano che quest’ult imo si riempie e si svuota nel tempo.

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Visualizzazione risultatiD. Creare un grafico serie storiche per ogni nodo o

collegamento. Ad esempio, per vedere le variazioni nel tempo del livello dell’acqua nel serbatoio:

1. Clicca sul serbatoio,2. Selezionare Report >> Graph (o fare clic sul pulsante

Graph sulla barra degli strumenti Standard), che aprirà una finestra di dialogo per la scelta del tipo di grafico.

3. Selezionare il pulsante Time Series nella finestra di dialogo.

4. Selezionare Head come parametro da plottare5. Fare clic su OK per accettare la scelta del grafico.

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Visualizzazione risultatiPer vedere le variazioni nel tempo del livello dell’acqua nel serbatoio:

1.Clicca sul serbatoio,

2.Selezionare Report >> Graph (o fare clic sul pulsante Graph sulla barra degli strumenti Standard), che aprirà una finestra di dialogo per la scelta del tipo di grafico.

3.Selezionare il pulsante Time Series nella finestra di dialogo.

4.Selezionare Head come parametro da plottare

5.Fare clic su OK per accettare la scelta del grafico.

C

Parametri

C

C

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Visualizzazione risultatiSi noti il comportamento non esattamente periodico nel tempo del livello dell’acqua nel serbatoio.

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Visualizzazione risultatiData>>>Options>>>TimesTotal duration = 480 hr

Fase di avviamento50

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Visualizzazione risultatiPer vedere le variazioni nel tempo del livello dell’acqua nel serbatoio:

1.Clicca sul serbatoio,

2.Selezionare Report >> Graph (o fare clic sul pulsante Graph sulla barra degli strumenti Standard), che aprirà una finestra di dialogo per la scelta del tipo di grafico.

3.Selezionare il pulsante Time Series nella finestra di dialogo.

4.Selezionare Head come parametro da plottare

5.Fare clic su OK per accettare la scelta del grafico.

C

Parametri

C

C

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Visualizzazione risultatiSi noti il comportamento periodico nel tempo della portata nei tubi;

max 4 elementi contemporaneamente.

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File . INPFile >>> Export >>> Network…

[Commento ]

Proprietà nodi

Bacino idrico

Serbatoio

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File . INP

Pattern domanda

Curva pompa

Qualità acqua

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File . INP

Impostazioni temporali

Impostazioni idrauliche

Coordinate

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File . INP

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Grazie per l’attenzione

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Education

Epanet