Manual UFC2
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Manual UFC2
MANUAL DO PROGRAMA UFC2 EQUIPE: Prof. Marco Aurélio Holanda de Castro, Ph.D. e-mail: [email protected] Magno Gonçalves Costa Renata Shirley de Andrade Valdivino 1 1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................. 3 1.1 Programas Epanet, AutoCAD e AutoLISP............................................................. 5 2 INSTALANDO O PROGRAMA ................................................................................... 6 3 SISTEMA DE PROTEÇÃO UFC................................................................................. 8 4 CONFIGURAÇÕES REGIONAIS ............................................................................. 10 5 DEFININDO O PROGRAMA UFC2......................................................................... 11 5.1 5.2 6 O MÓDULO UFC2: .................................................................................................... 14 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.9.1 6.9.2 6.10 6.11 6.12 6.13 6.14 6.15 6.16 6.17 6.18 6.19 6.20 6.21 7 Apresentando os elementos Gráficos ................................................................... 16 Definir Padrões ..................................................................................................... 16 Editar Dados ......................................................................................................... 18 Tubulações............................................................................................................ 19 Tubos de Adutora ................................................................................................. 27 Estaqueamento de Adutoras ................................................................................. 27 Válvula de Fechamento ........................................................................................ 31 Junções ou Nós ..................................................................................................... 32 Reservatórios ........................................................................................................ 34 Reservatórios de Nível Fixo ......................................................................... 34 Reservatórios de Nível Variável (Denominação no EPANET: Tanks)........ 36 Bombas ................................................................................................................. 39 Booster.................................................................................................................. 42 Estações de Bombeamento ................................................................................... 45 Conexões entre redes ............................................................................................ 46 Poços profundos ................................................................................................... 48 Aspersor................................................................................................................ 54 Demanda Especial ................................................................................................ 55 Arquivo de Demanda............................................................................................ 57 Gotejador .............................................................................................................. 58 Definindo curvas de Nível.................................................................................... 60 Como Capturar Curvas de Nível .......................................................................... 61 Geração de Arquivos do EPANET....................................................................... 64 EXECUTANDO O PROGRAMA ............................................................................... 67 7.1 7.2 7.3 8 Inicializações ........................................................................................................ 12 Cuidados a observar no desenho do cadastro de rede .......................................... 12 Preparação de arquivos não gráficos: ................................................................... 67 Esquema lógico do sistema: ................................................................................. 67 Executando o programa ........................................................................................ 71 ARQUIVOS TESTE .................................................................................................... 73 2 1 INTRODUÇÃO A utilização de ferramentas computacionais nas diversas áreas de engenharia vem se tornando cada vez mais freqüente e necessária. A economia de tempo obtida com a automatização de tarefas rotineiras possibilita realizar análises mais detalhadas do problema e, conseqüentemente, encontrar soluções ótimas ou mais apropriadas ao estudo. O sucesso dos programas computacionais foi seguido de um grande aumento da quantidade de softwares que hoje se encontram disponíveis no mercado. Entretanto, muito além de se limitar somente às possibilidades oferecidas por esses softwares, o bom profissional deve procurar, à medida que possível, desenvolver seus próprios programas para aplicações específicas. É notável a importância dos modelos de simulação hidráulica com o intuito de realizar prognósticos do comportamento de sistemas de distribuição de água para abastecimento. Estes modelos constituem os instrumentos computacionais mais consagrados no campo do projeto e do diagnóstico de funcionamento de sistemas de distribuição de água em todo o mundo. Sendo possível calcular as pressões nos pontos notáveis, a velocidade da água no percurso entre dois pontos, as concentrações de uma substância, entre muitas outras grandezas. No entanto, uma das tarefas que mais consomem tempo e esforço ao se tentar simular computacionalmente uma rede real de distribuição de água, consiste em compor um arquivo com os dados de entrada da rede. O motivo de tal dificuldade é que a quantidade de dados necessários à simulação é muito grande. Além de consumir tempo, quanto maior for a rede, maior é a probabilidade de se cometer erros na formação do referido arquivo 3 de entrada. Tal dificuldade é compartilhada por quase todas as companhias de saneamento do Brasil. Um dos processos que mais consomem tempo e passíveis de erro ao se fornecer os dados de uma rede para simulação é a determinação das cotas dos nós que a compõem. Por outro lado, uma forma bem prática captar esses dados, seria através das curvas de nível do local, comumente disponíveis em arquivos AutoCAD (terminação .dwg). Visando essa simplificação, através do uso do sistema UFC, as cotas dos pontos do desenho são interpoladas linearmente através das curvas de nível situadas na vizinhança dos pontos. O sistema UFC utiliza dois arquivos AutoCAD: o primeiro contendo o traçado das curvas de nível da região em questão, sendo que, estas deverão ser desenhadas como “spline”; já o segundo arquivo deverá conter o desenho do Arruamento (Também um arquivo AutoCAD). O sistema UFC é um software de pré-processamento que tem como principal objetivo a criação de um arquivo de entrada para um programa de simulação hidráulica, que é o EPANET. Trata-se de um pacote computacional que cria uma forma dinâmica de exportar arquivos do AutoCAD para o EPANET, utilizando-se da programação AutoLISP. O pacote possui aplicação dentro da engenharia em planejamento e operação de redes de abastecimento de água. Desta forma, é possível minimizar os esforços e a ocorrência de erros na fase de entrada de dados da rede de abastecimento de água, a qual é a etapa que requer a maior parte do tempo gasto na realização dos estudos e que apresenta a maior probabilidade de ocorrência de erros. 4 1.1 Programas Epanet, AutoCAD e AutoLISP • O EPANET (Rossman, 2000), versão 2.0, desenvolvido pela U.S. Environmental Protection Agency, uma agência do governo norteamericano. É um software de simulação hidráulica para sistemas de abastecimento de água em condutos forçados, desenvolvido pela Divisão de Abastecimento de Água e Recursos Hídricos. É um software de domínio público que pode ser livremente copiado e distribuído (www.epa.gov), que permite fazer simulações de comportamento hidráulico e de qualidade da água em redes pressurizadas, verificando assim o seu comportamento. • O AutoCAD foi desenvolvido pela Autodesk com o intuito de constantemente aumentar a efetividade das ferramentas de desenho e projeto disponíveis ao profissional destas áreas; é o maior best-seller mundial em software para PC e o mais difundido e conhecido no meio da engenharia. Para o Sistema UFC a versão do AutoCAD a ser utilizada deve ser a 2002 ou superior. • O AutoLISP é a linguagem de programação própria e já incorporada ao AutoCAD; deriva-se da programação LISP (abreviação para List Processing) e permite que usuários individuais personalizem o AutoCAD para realizar tarefas específicas. Outra vantagem do AutoLISP é a possibilidade de usar os comandos originais e acessar o banco de dados do 5 AutoCAD dentro da programação, o que facilita a criação e manipulação de entidades de desenho. 2 INSTALANDO O PROGRAMA Para utilização do programa é necessária a sua instalação completa feita através de um executável como todos os outros tipos de programas existentes. Inicialmente, crie uma pasta com o nome Redes: arquivo de instalação . Onde ficará salvo o . Ao clicar neste arquivo, o processo de instalação será iniciado. A seguir são apresentados os passos da instalação: (Figura 2.1 – Assistente de Instalação do UFC) Primeiramente é mostrada a introdução do instalador e em seguida clicando em “seguinte” será mostrado que o instalador criará a pasta c:\redes\UFC. Então o programa é instalado. Verificar no drive C em “Meu Computador” se 6 existe a pasta redes. A seguir deve-se selecionar a pasta onde esta instalado o AutoCAD. (Figura 2.2 – Selecionar a pasta onde esta instalado o AutoCAD) 7 (Figura 2.3 – Instalação Completa) 3 SISTEMA DE PROTEÇÃO UFC Os programas UFC possuem um sistema de proteção. Ao utilizar pela primeira vez um programa UFC em seu computador, o programa pede ao usuário para inserir a senha para utilização do programa através da seguinte caixa de diálogo: Se o programa nunca tiver sido utilizado, o usuário ainda não possui a senha para poder utilizar o programa desejado, então, deve-se clicar no botão “Clique para conseguir sua senha”, aparecendo a seguinte caixa de diálogo: 8 No espaço onde aparece número do usuário aparece o número o qual deve ser mandado por e-mail para [email protected], onde o Professor Marco Aurélio irá gerar a senha e mandará por e-mail a senha que será inserida na caixa de diálogo que pede a senha. Depois de inserida a senha e clicado o botão OK, o programa poderá ser utilizado normalmente. 9 4 CONFIGURAÇÕES REGIONAIS É importante lembrar que antes de utilizar o programa UFC2, é necessário definir as configurações regionais como “inglês (Estados Unidos)”. Veja as figuras abaixo: 10 5 DEFININDO O PROGRAMA UFC2 É cada vez mais comum a apresentação de projetos de engenharia utilizando sistemas CAD. Entretanto, não é comum a manutenção de um padrão específico para representação do traçado e dos elementos hidráulicos nos projetos, muitas vezes até dentro de uma mesma empresa ou instituição. Os módulos UFC2 e UFC3 são aplicativos desenvolvidos em lisp e VBA que podem ser carregados apenas clicando no ícone criado (na tela do AutoCAD). O programa executável cria e encaminha para os respectivos diretórios os arquivos necessários. Gerando também a pasta Redes necessária para a gravação dos arquivos gerados. O programa é constituído de rotinas e cada uma possui uma tarefa específica. As rotinas passam por quatro fases antes de serem incorporadas ao programa. Estas fases são: planejamento, desenvolvimento, verificação de possíveis erros e correção dos erros. As principais rotinas são: entradas das cotas por interpolação através das curvas de nível, configuração da rede, entrada 11 dos dados da rede através de caixas de diálogo e chamadas no “prompt” e geração do arquivo final. 5.1 Inicializações Inicie o AutoCAD. Em seguida, abra o arquivo com o desenho da rede. Lembrando que o desenho deve conter as curvas de nível, já que a falta delas no desenho provocará erro caso se tente iniciar o programa UFC3. 5.2 Cuidados a observar no desenho do cadastro de rede De modo que a transferência de dados se dê sem erros de topologia, o que levaria o modelo a não representar a realidade do sistema de abastecimento de água que se quer representar. Arquivo de curvas de nível: Estas devem ser sempre entidades SPLINE, LWPOLYLINE ou POLYLINE com cota Z igual à cota real. Um tipo de erro que pode ocorrer é a SPLINE que define a cota da curva de nível estar com a cota errada. Deve-se também evitar que existam trechos de tubos que não possuam curvas de nível à sua volta. Neste caso as cotas dos nós desta parte da rede não serão determinadas corretamente. Para definir um “arquivo_Rede”, deve-se abrir o arquivo de curvas de nível e inserir, como bloco, o arquivo de arruamento. Como mostra o exemplo a seguir: 12 Após aberto o arquivo de curva de nível, clique em Insert >> Block, para inserir o arquivo de arruamento como bloco. Clique em em Browse Browse Clique para procurar o arquivo de arruamento desejado 13 Após definir os pontos de inserção, o bloco de arruamento será inserido, assim o arquivo_redes estará pronto. 6 O MÓDULO UFC2: O módulo UFC2 traça a rede e os elementos hidráulicos, e, além disso, estabelece um padrão a ser adotado, facilitando assim análises integradas ou a consolidação de diferentes projetos (Björk, 1997). Ao ser executado, o módulo UFC2 carrega uma palheta com os ícones disponíveis para desenho dos elementos da rede a ser modelada (veja fig. 6.1), quais sejam: tubulação da rede, reservatórios (tipos circular e retangular), booster, poço profundo, estação de bombeamento, manancial, registro, válvula 14 controladora de pressão, conexões, demanda especial, arquivo da demanda, aspersor, adutora e gerador de arquivos do Epanet. (Figura 6.1 – palheta com ícones do modulo UFC2) Tubo da rede Conexão entre as redes Reservatório circular Demanda especial Reservatório retangular Aspersor/ sprinkler Booster Tubo de adutora Poço profundo Estaqueamentos de adutora Estação de bombeamento Editar Reservatório de nível fixo Definir padrões Registro fechado Editar e capturar cotas de curvas de nível Gera e insere arquivos de demanda Gotejador Válvula controladora de pressão e vazão Gerar arquivos do Epanet Na palheta é possível acessar ainda outras opções como: estaqueamento automático de adutoras, edição de elementos já inseridos e definição das características “default” dos constituintes da rede. Uma aplicação do módulo UFC2 é ilustrada na Fig. 6.2. 15 (Figura 6.2 – Inserção gráfica e entrada de dados de um dos elementos da rede de abastecimento d’água) 6.1 Apresentando os elementos Gráficos Neste item são apresentados os elementos que podem ser incorporados à rede de abastecimento de água no EPANET e como é feita a entrada de dados destes constituintes no ambiente do AutoCad e a geração de arquivos a serem exportados para o Epanet. 6.2 Definir Padrões Para redefinir alguns padrões do programa Ufc2. Basta clicar no botão “def.”, daí aparecerá a caixa abaixo: 16 Nessa caixa além da rede de água, também é possível modificar a adutora: 17 E modificar aspectos Gerais, onde se pode modificar o tamanho das legendas e das alças nos cruzamentos dos tubos, permitir que as legendas e as alças sejam vistas ou não: 6.3 Editar Dados 18 Caso seja necessário modificar alguns dados em qualquer elemento gráfico do UFC2, pode-se utilizar o botão “Edit” para fazer essas mudanças. Para isso basta clicar no botão edit e depois clicar sobre o elemento que se deseja modificar. 6.4 Tubulações Os tubos são representados no AutoCAD por uma linha, que pode ser do tipo “line” ou “lwpolyline”. Os tubos deverão possuir as características de comprimento, material de que é feito e diâmetro. Estas informações são armazenadas no layer da entidade, que segue um padrão convencional de letras e números. O gerenciamento do sistema de “layers” é fundamental para o desenvolvimento de trabalhos utilizando-se processos de CAD. Este sistema é extremamente flexível e poderoso, devendo ser bem explorado de forma a permitir que as informações sejam administradas de modo eficiente. Geralmente é usado um sistema empírico, onde cada layer recebe um nome descritivo do elemento que representa, como por exemplo, PAREDE, RUA, EDIF. Este sistema extremamente simples e amadorístico funciona bem para trabalhos isolados, mas não deve ser considerado quando se busca o intercâmbio de informações entre as várias partes componentes de um projeto. Um sistema “inteligente” deve ser baseado num princípio que demonstra que cada objeto real é representado por uma primitiva gráfica, a qual tem uma característica “layer”, que define suas propriedades. A característica “layer” é representada por um nome que pode ser aproveitado na definição de dados concernentes ao objeto representado. Deste modo, através do nome do “layer”, capturamos os dados de diâmetro e material de um tubo, a partir de sua linha representativa. Conhecendo o material do tubo, descobrimos o valor do seu 19 coeficiente de rugosidade (“C”) para ser aplicado mais adiante na equação de Hazen-Williams (PORTO 1998). Juntamente com estes valores, temos o comprimento, que é facilmente obtido por comandos no AutoLISP. A partir dos valores mencionados, também é gerado automaticamente um texto, acima da linha que representa o tubo, contendo uma breve descrição do mesmo. O programa possui dois tipos de tubos para tubulação. Veja: • Tubulação projetada • Tubulação existente O usuário define qual delas irá utilizar usando o botão “def.” A layer do programa indica o tipo de material eles: PVC, PEAD, PRVC, Aço Galvanizado, Aço comercial e Ferro Fundido. Indica também o diâmetro da tubulação que varia de 50 mm a 1000mm, a constante \ (Darcy-Weisbach) e C (Hazen-Williams). 20 Selecionando o tubo, aparecerá na barras de ferramentas do AutoCad uma janela que mostra as características do tubo definidas no Def. Veja exemplo: N (Darcy-Weisbach). No exemplo N = 0.0015 Indica o tipo de tubo que pode variar entre água projetada e existente C (Hazen-Williams). No exemplo C = 140 Indica o tipo de material do tubo. No exemplo é o PVC Diâmetro do tubo. No exemplo Ø = 50mm 21 Para introduzir uma tubulação basta clicar no ícone , que aparece na barra de ferramentas, clicar no ponto inicial, posicioná-las no desenho conforme o projeto a ser feito e clicar novamente para indicar o ponto final do primeiro tubo, iniciando, logo em seguida, o segundo tubo. 22 Se o operador optar por inserir um tubo em trecho já existente, ele terá que usar a função “endpoint”, para isso deverá clicar em ‘OSNAP’ ou ‘F3’. Daí a seguinte caixa de diálogo: 23 É possível, também, a inserção de dois tubos em paralelo. Para inserir tubos em paralelo. Primeiro, insira um tubo e depois clique no endpoint do mesmo tubo, veja figura abaixo: Após clicar no “endpoint”, o programa irá inserir o próximo tubo paralelo ao primeiro. Conforme a figura abaixo: Lembrar que só é possível inserir 2 (dois) tubos em paralelo. 24 Para finalizar a inserção de tubos, use a tecla “Esc” ou clique com o botão direito do mouse. 25 Cuidados na construção de um Arquivo de rede: os “end points” das “lwpolylines” (ou “lines”) que representam os trechos da rede devem coincidir com as interseções, mudanças de diâmetro, enfim, com os pontos onde se deseja que exista um nó. A figura seguinte mostra um tipo de erro bastante comum e de difícil detecção. São tubos sem ponto de inserção na rede. Deste modo que ele fica “solto”, não havendo interligação entre os trechos e as demandas. Por exemplo: Para interligar as tubulações 01 e 02 é necessário que exista um ponto de inserção entre eles, afim de que exista um “edpoint” no local da inserção da tubulação 02, ou seja, a tubulação 01 é formada por dois tubos(02). Daí não seria (nem é!) possível interligar a tubulação 02, se a tubulação 01 fosse formada por um (01) tubos apenas. 26 6.5 Tubos de Adutora Para introduzir uma adutora em um projeto, deve-se clicar no botão e proceder de maneira semelhante ao da tubulação da rede descrita no item anterior. O programa possui um número total de vinte adutoras, abaixo descriminadas: Adutor 01 Adutor 08 Adutor 15 Adutor 02 Adutor 09 Adutor 16 Adutor 03 Adutor 10 Adutor 17 Adutor 04 Adutor 11 Adutor 18 Adutor 05 Adutor 12 Adutor 19 Adutor 06 Adutor 13 Adutor 20 Adutor 07 Adutor 14 6.6 Estaqueamento de Adutoras Em alguns projetos, é necessário que se faça o estaqueamento de uma adutora qualquer. Caso queira indicar esse tipo de operação, basta clicar botão , em seguida selecionar a adutora que se deseja estaquear. Se a adutora estiver entre dois reservatórios o programa irá pedir que seja informado o ponto de estaca “0” da adutora. 27 Indicação de estaqueamento de uma adutora Num projeto qualquer, caso seja necessário mudar o espaçamento entre as estacas de um estaqueamento, o operador deve clicar no Definição de padrões > Adutora > Espaçamento entre as estacas. Daí ele define o novo espaçamento e insere o novo estaqueamento,conforme procedimento anterior, sobre o estaqueamento antigo, este será apagado automaticamente durante esse processo. Para definir qual tipo de adutora será usada no projeto, basta clicar em Definição de padrões > Adutora > número da adutora. Daí selecione entre 1 e 20. 28 Caso o tipo de adutora não seja definido inicialmente, o programa selecionará automaticamente a adutora 1, mas o usuário pode redefinir usando o botão como mostra a figura abaixo: 29 Os tipos de materiais e diâmetros disponíveis para as adutoras é o mesmo descrito para a tubulação. A layer dos adutores pedo ser vista em uma janela na barra de ferramentas do AutoCad da mesma maneira da tubulação da rede. Conforme o exemplo abaixo: N (Darcy-Weisbach). No exemplo N = 0.0015 Indica o número do adutor. Para o exemplo é 01, mas ele varia ate 20. C (Hazen-Williams). No exemplo C = 140 Indica o tipo de material do adutor. Para o exemplo é o PVC Diâmetro do tubo. No exemplo Ø = 50mm 30 6.7 Válvula de Fechamento Se quiser indicar que um tubo está sendo mantido fechado, por uma válvula, por exemplo, não será necessário retirá-lo do desenho. Para isso, acrescentamos um bloco padrão que representa uma válvula. Desta forma, o tubo será considerado inicialmente fechado durante a simulação. A válvula de fechamento fica numa layer chamada REGISTRO, como pode ser observado na figura abaixo: Layer Este bloco necessita apenas conter o tubo desativado, como na figura a seguir: 31 Para inserir uma válvula para fechamento de um tubo, clique no botão e depois clique no trecho onde será inserido o registro. Observe que o bloco de fechamento deve ser inserido no trecho onde a vazão deve ser mantida nula. 6.8 Junções ou Nós Para cada início, ou fim, de um tubo, é gerado um nó na rede. Este nó deverá possuir, além de suas coordenadas, valores de elevação (cota) e demanda. Para cada entrada de dados das cotas dos trechos da rede utilizamos curvas de nível, para que este processo se torne o mais prático possível. Assim o usuário deverá inserir no AutoCAD o desenho da rede sobrepondo-o com o traçado de sua respectiva curva de nível, antes de executar o programa. Os valores de elevação são então calculados automaticamente, através de interpolação. Após ser encontrado o ponto que se deseja interpolar, o algoritmo procura as curvas de nível que contem os pontos mais próximos àquele o qual se deseja calcular. 32 As demandas podem ser calculadas de três formas: através da população de projeto, através do número médio de ligações a cada 100 m ou através de um arquivo contendo a cota de demanda de cada nó, caso o usuário queira entrar com valores específicos em cada junção. Este último caso ocorre quando há um cadastramento dos pontos de consumo, o que é comum nas atuais gestões de redes de abastecimento. No caso do arquivo de exportação ser para simulação, será acrescentado um padrão de variação horária das demandas conforme a figura abaixo; e caso o arquivo de exportação seja para projeto, será computado somente um coeficiente horário de maximização da demanda, k2. (Figura 6.4 – Valores “padrão” de consumo para simulação no EPANET) 33 6.9 Reservatórios Um reservatório, no EPANET, é um nó que representa uma infinita fonte de recurso externo ou um distribuidor de água. 6.9.1 Reservatórios de Nível Fixo São utilizados para modelar mananciais, tais como rios, lagos e aqüíferos. Seu atributo principal é a carga hidráulica de água nele contida. Eles aparecerão, alem dos casos em que representarem reservatórios de nível fixo, na modelagem de poços profundos, estações de tratamento de bombeamento e conexões. A layer desse tipo de reservatório é chamada de “RESNFIXO" 34 Para inserir um reservatório de nível fixo clique no botão e insira os dados conforme a figura abaixo: Em seguida, clique no ponto de inserção para inserir o Reservatório de nível fixo. (Figura 6.5 Reservatório de Nível Fixo.) 35 6.9.2 Reservatórios de Nível Variável (Denominação no EPANET: Tanks) Reservatórios de Nível Variável são usados para simular o comportamento do sistema de reservação de água durante um período de uso (geralmente 01 dia). O programa permite que use dois tipos de Reservatórios de Nível variável, dependendo da forma do reservatório: a) Reservatório Circular: Para inserir um Reservatório Circular clique no botão e preencha a seguinte caixa de atributos: O reservatório circular fica na layer “RECIRCE” 36 (Figura 6.6 Reservatório Circular de Nível Variável.) b) Reservatório Retangular: Para inserir clique no botão e proceda da mesma maneira do item anterior, diferença é que no lugar do diâmetro, deve-se indicar a área da seção transversal do tanque em m2. A layer do reservatório retangular é chamada “RERES” (Figura 6.7 bloco de Reservatório Retangular de Nível Variável.) 37 A entrada de água pode ser feita em qualquer posição da altura do reservatório. Entretanto, duas posições de entrada prevalecem, a entrada acima do nível máximo (entrada livre) e a entrada abaixo do nível máximo (entrada afogada ou por baixo). Quando o nível de entrada estiver acima do nível máximo, o programa criará um nó1 com a mesma cota do terreno, nesse ponto existe uma pressão qualquer a fim de conduzir a água ate o seu destino final. O programa criará outro nó2 cuja cota é à diferença entre o nível de entrada e a cota do terreno, logo após esse ponto também será inserida uma válvula redutora de pressão que indicará que a pressão naquele nó será zero. Ainda será criado um terceiro nó que chamaremos de “nó virtual”, pois a sua criação se deve apenas devido a inserção da válvula. (figura 6.8) 38 (figura 6.9) Quando o nível de entrada estiver abaixo do nível máximo, o programa criará apenas um nó de entrada. Os nós de entrada criados pelo Ufc2 servem para traduzir com realidade o que ocorre nos sistemas de reservatórios, pois se esses nós não fossem inseridos o perfil da rede em questão ficaria incorreto. Resumindo o nó de entrada será criado apenas como detalhe gráfico, não afetando os dados e o calculo hidráulico, apenas para que o perfil fique compatível com a realidade do projeto. 6.10 Bombas As bombas são equipamentos que fornecem energia a um fluido aumentando assim, sua carga hidráulica. Estes elementos não possuem um bloco próprio característico e aparecerão apenas na modelagem de um outro elemento que o utilize ou que, simplesmente, seja uma bomba com um objetivo específico. No EPANET, ele deverá ter um nó inicial e um nó final, para indicar seu sentido. Seu principal parâmetro de entrada é a “curva de bomba”, que representa a relação entre a carga e a vazão que essa bomba pode ofertar em seu estado nominal de velocidade. Uma curva de bomba válida deve conter valores decrescentes de carga com o aumento da vazão, conforme ilustra a Fig. 7.0. 39 (Figura 7.0 – Exemplo de “curva de bomba” e de eficiência no EPANET) Podemos ainda, fornecer uma curva de eficiência para essa bomba. Esta curva determina a eficiência da bomba (em percentagem) em função da vazão. A eficiência irá representar não só as perdas de energia mecânica na bomba, mas também as perdas de energia elétrica no motor, e somente é usada para cálculos de energia. Essas informações são agrupadas num arquivo de texto, de extensão “.txt”, que deverá possuir a descrição da bomba e os cinco pontos das curvas de bomba e de eficiência. Essa entrada de dados é requerida através de uma caixa de diálogo, onde deveremos indicar o arquivo de texto que contem estas informações. Os dados para a edição desse arquivo devem ser obtidos do cadastro de equipamentos eletromecânicos do distrito, normalmente no SIGMA. 40 Observe que na coluna da esquerda devem estar as vazões em l/s e na da direita as alturas (curva da bomba) e os rendimentos (curva de eficiência). Não deve haver linhas em branco. O arquivo deverá ter o aspecto do exemplo da figura abaixo: Vazão vs. Altura Manométrica Vazão vs. Eficiência (Figura 7.1 Arquivo com dados necessários à criação das curvas de uma bomba) OBS.: Não há limite mínimo nem máximo para o numero de pontos das curvas das bombas. 41 6.11 Booster Ocorre em casos onde se encontra uma bomba inserida entre tubulações. É representado por um bloco característico que contem como atributos, apenas, sua identificação, o arquivo da bomba, o reservatório de destino e se o mesmo está, ou não, em operação. Ao ser inserido pede-se a indicação do nó a montante, para assim termos o sentido em que haverá o acréscimo da carga hidráulica. Quando for apontado o reservatório de destino, será criado para o EPANET um comando de controle de acionamento e desligamento da bomba, para o caso de ela atingir o nível mínimo ou o nível máximo. O Booster é muito semelhante a uma EAT. A diferença é que o Booster não requer um reservatório de montante de onde ele retira água como a EAT. A layer do Booster é denominada “BOOSTER” Como inserir um booster: Após clicar no ícone de representação do Booster, deve-se inserir os atributos. Veja tabela abaixo: (Figura 8.0 – Caixa de dados do Booster) 42 1) O programa irá pedir para o operador indicar o trecho onde será inserido o Booster. 2) Após isso, indique o ponto de inserção do booster. 43 3) Depois, clique no ponto de montante. Este ponto determinará o sentido da vazão da seguinte maneira: a menor distância entre o ponto de inserção do Booster e um dos dois nós do trecho de tubulação determinará o nó de origem da vazão, determinando, assim, o sentido da vazão no trecho. 4) Pronto, o Booster foi inserido. 44 6.12 Estações de Bombeamento As Estações de bombeamento são comumente usadas na captação de rios e outros mananciais de águas superficiais. Ela se caracteriza por dispor de bombas centrífugas comuns (afogada ou não) que possui uma tubulação de sucção. Da mesma forma que em poços profundos, eles podem ser modelados como sendo uma bomba que capta água de um reservatório e cede à rede, lembrando-se de que agora teremos ao invés de um tubo edutor, uma tubulação de sucção, que virá antes da bomba. Além dessa diferença, é comum em estações de bombeamento a utilização de bombas em paralelo, assim, será criado um tubo de sucção para cada bomba inserida. Assim, as estações de bombeamento serão representados no AutoCAD por blocos que deverão conter os seguintes atributos: identificação; nível d’água do manancial; altura de sucção; diâmetro, material e comprimento da tubulação de sucção; coeficiente de perda de carga localizada; número de bombas em paralelo (podendo variar ate 4 bombas); arquivo da bomba; reservatório de destino; e um atributo indicando o estado de operação. (Figura 9.0 – Bloco de Estação de Bombeamento com três bombas em paralelo e seu respectivo modelo no EPANET) 45 6.13 Conexões entre redes Quando uma rede de abastecimento é muito extensa, ela é comumente seccionada, estudando-se cada parte separadamente. Para termos uma simulação coerente, da rede que foi seccionada, devemos considerar o comportamento do ponto desta divisão. Uma forma plausível de obtermos isto seria considerar esses pontos como conexões, que poderão ser de entrada ou de saída de uma rede para outra, dependendo do sentido da vazão. Até o momento, modelamos apenas conexões de entrada, que são constituídas por um reservatório de nível fixo e uma bomba. O reservatório possui nível d’água (constante) igual à cota do terreno. Já a curva da bomba é composta de três pontos: vazão mínima e altura manométrica máxima, vazão média e altura manométrica média, vazão máxima e altura manométrica mínima. Os valores de altura manométrica são obtidos somando-se a cota do terreno à pressão no ponto. Portanto, será necessário inserir no bloco de conexão os valores correspondentes aos dados de vazão e pressão, máxima, mínima e média, do ponto seccionado. 46 (Figura 10.1 Bloco de Conexão e seu modelo equivalente no EPANET) 47 6.14 Poços profundos Os poços são utilizados para a captação de água subterrânea, geralmente em grandes profundidades. Sua principal característica é a presença de uma bomba submersa e a ausência de uma tubulação de sucção, ao invés disso, o poço profundo apresenta um tubo edutor. Eles podem ser modelados como sendo uma bomba que capta água de um reservatório e a transporta 0para outro reservatório. Porém, nessa captação ocorrem perdas de carga localizadas e distribuídas, no tubo edutor. Essas perdas são modeladas acrescentando-se, após a bomba, um tubo edutor com comprimento (fictício) no desenho igual a 1 metro, mas com valor real de comprimento igual à profundidade da bomba em relação ao nível do terreno e um coeficiente de perda de carga localizada fornecido pelo usuário, o que é feito através de uma caixa de diálogo com uma lista de elementos que causam perdas de carga localizada (crivo, válvula de pé, cotovelos, curvas, etc.). Os valores de diâmetro e material deste tubo edutor também deverão ser especificados. Portanto, poços profundos, como mostra a Fig. 14.1, serão representados por blocos que deverão conter as seguintes informações: identificação do referido poço; nível d’água; profundidade de instalação; diâmetro e material do tubo edutor; coeficiente de perda de carga localizada; arquivo da bomba submersa; reservatório de destino; e um atributo que indicará se o poço está, ou não, em operação. Além disso, poços profundos ficam numa layer denominada “PPROF”, como mostra a Fig. 14.2. 48 (Figura 14.1 – Exemplo de bloco de poço e seu modelo no EPANET contendo o tubo edutor) Layer do poço profundo (Fig. 14.2) 49 Para inserirmos um Poço: (Figura 14.3 Bloco do Poço Profundo.) 50 Descrição dos atributos deste bloco: 1. Diferença em metros entre a Cota do Terreno e a Cota da Bomba submersa 2. Nível Dinâmico: Diferença em metros entre a cota do Terreno e o Nível d’água do Poço em operação. 3. Arquivo de Vazão vs rebaixamento. Se o operador desejar, ele pode inserir um arquivo “.txt”de vazão de para obter uma curva de rebaixamento, conforme a figura abaixo: (Fig. 14.3 – Arquivo de Rebaixamento e sua curva no EPANET) Para inserir esse arquivo, o operador deve clicar no botão que fica ao lado do item 3 descrito na figura anterior. Após esse procedimento aparecerá a figura 14.4. Após selecionar a curva de rebaixamento, clique em “abrir” para inserir a curva. 51 (Fig. 14.4 – Seleção do arquivo de rebaixamento) 4. Tipo de material do Tubo Edutor. 5. Diâmetro do Tubo Edutor (mm). 6. Coeficiente de perda de carga localizada. Se o operador desejar inserir um coeficiente de perda ele deverá preencher os critérios da caixa de dialogo, conforme exemplo na figura abaixo: 52 (Fig. 14.5) 7. Vazão mínima (l/s). 8. Vazão máxima (l/s). 9. Arquivo da bomba submersa. 10. Denominação do Poço Profundo. 11. Reservatório de destino. 12. Poço em operação (S/N). 53 6.15 Aspersor Se o projetista desejar inserir um aspersor 1) Ele deve clicar no botão e inserir dados na caixa a baixo: 2) Depois ele deve clicar no ponto de inserção do Aspersor. 54 3) Daí o Aspersor será inserido. 6.16 Demanda Especial Quando a demanda média de um determinado ponto da rede é conhecida. São aceitáveis valores para demana positivos e negativos, onde a diferença entre esses valores é o sentido de injetamento de vazão constante na rede. Esse diferença pode ser percebida pela indicação do ícone indicativo de demana do programa: (Fig. 16.1 – representações de demandas) Pode-se configurar a demanda desse ponto na rede usando o botão , da seguinte forma: 55 1) Os clicar no botão acima aparecerá a caixa abaixo: Insira os dados da demanda 2) Clique no ponto de inserção da demanda especial: 3) Pronto, a demanda foi inserida! 56 6.17 Arquivo de Demanda Esse botão permite que o operador possa gerar um arquivo de demanda ou importar um arquivo de demanda existente. Para gerar um arquivo de demandas, inicialmente, o operador deve inserir na rede as demandas especiais na rede com a qual trabalha no Autocad. Em seguida, ele clica no e escolhe a opção gerar arquivo de demanda. 57 Quando o operador salvar o arquivo de demanda, programa criará um arquivo de texto contento as informações sobre as demandas inseridas, esse arquivo será salvo na pasta da rede onde estão localizadas as demandas. Para importar um arquivo de demanda, o operador seleciona essa opção e escolhe o arquivo que deseja inserir na rede. 6.18 Gotejador Permite a representação desse suporte de irrigação no projeto. Para inserção de gotejadores no projeto o operador deve informar: 58 Deve definir o Coeficiente de Proporcionalidade ‘K’ Exemplo: Após o preenchimento dos dados acima, siga as seguintes instruções para a inserção dos gotejadores: 1. Selecione o ponto inicial da linha 2. Selecione o ponto final da linha Gotejadores inseridos na tubulação 59 6.19 Definindo curvas de Nível Esse botão permite a alteração das características das curvas de nível de um projeto. Converte para Lwpolyline, para Spline, ou ainda para Polyline. Para usar esse comando, é preciso abrir o arquivo onde estejam somente as curvas de nível. Daí o programa criará um arquivo Modifica o curvas espaçamento para as novas de nível. e a proporção das legendas. Possuindo a opção de aplicar a legenda apenas nas extremidades. Captura as cotas a partir das legendas utilizando um parâmetro de influência. Ou seja, o programa insere automaticamente as cotas nos pontos próximos das legendas estabelecidas. Veja o exemplo abaixo. 60 6.20 Como Capturar Curvas de Nível Nesse exemplo, temos o desenho do modelo de uma curva de nível feito no Autocad, mas observe que as elevações não correspondem às cotas do desenho. Veja que a curva que representa a cota 100 possui elevação 0.00. Para inserir as elevações correspondentes a cada cota do desenho, vamos utilizar a definição 3 do item 6.19. a) Primeiro, clique em e defina o tamanho do raio de influência. No entanto esse raio for pequeno e não agregar todas as curvas do desenho aparecerá uma caixa de diálogo que indicará o erro e informará ao usuário que ele deve aumentar o raio de influência. Veja: 61 Vamos inserir as cotas relativas no desenho do exemplo 1, para isso vamos definir o raio de influência igual a 10. Veja que como o raio de influência foi pequeno, houve um erro na captura, pois a curva 160 está fora do raio definido. As curvas que estão fora do raio ficam indicadas por círculos. 62 Agora vamos aumentar o raio para 20. Como não houve nenhum problema durante a captura, todas as cotas agora estão com sua respectiva elevação. 63 6.21 Geração de Arquivos do EPANET Na palheta do UFC2 possui o ícone para geração de arquivos e abertura do Epanet, não necessitando portanto sair do AutoCAD para iniciar o Epanet. Ao ser executado o usuário pode escolher entre três opções: simulação da rede e das adutoras, projeto/dimensionamento da rede e Projeto/dimensionamento das adutoras. (Figura 20.1) Escolhendo-se a opção de simulação da rede e das adutoras é necessário que se indique o método de cálculo das perdas de carga (Hazen-Willliams ou Darcy-Weisbach). O passo seguinte é a indicação da entrada das demandas nos nós, que poderá ser feita pelo cálculo a partir da população de projeto ou baseado no número médio de ligações a cada 100 metros (Walski, 2001), ou ainda, a partir das demandas especiais. Esses procedimentos serão descritos com mais detalhes nos próximos capítulos. 64 (Figura 20.2) Caso se escolha a opção de dimensionamento da rede, o programa passará para o EPANET apenas a rede em si, excluindo-se as adutoras, substituindo os reservatórios de nível variável por reservatórios de nível fixo, e as demandas não apresentarão um padrão de variação horária variável. Caso se escolha a opção dimensionamento da adutora, o programa passará para o EPANET apenas a adutora em si, excluindo-se a rede de distribuição, substituindo os reservatórios de nível variável por reservatórios de nível fixo, e as demandas não apresentarão um padrão de variação horária variável. Além disso, se houver estaqueamento na adutora, no local de cada uma dessas estacas, será criado um nó, assim, o mesmo poderá ter seu comportamento monitorado no EPANET. Feito isso, o Epanet abrirá a rede de acordo com o arquivo que gerado. Para se obter qualquer informação a respeito de cada componente da rede, basta clicar com o botão direito do mouse em cima deste componente e selecionar a opção properties, que lhe informará os valores de cota, demanda, vazão, diâmetro, etc. 65 (Figura 20.3) Caso não exista nada a acrescentar (condições de contorno – “boundaries” de casos especiais) ou a alterar (curva de demanda horária real, regras reais de automação), basta então executar o comando “run” do Epanet todos os cálculos hidráulicos sejam feitos e o comportamento hidráulico da rede seja exibido. Após executado o comando run, pode-se verificar, detalhadamente, o comportamento hidráulico da rede durante a simulação de um dia inteiro. Para isso, escolha a opção Map no Browser e selecione o que se quer observar nos nós ou nos tubos. Clique no botão “Forward” e será executada a simulação. 66 7 EXECUTANDO O PROGRAMA 7.1 - Preparação de arquivos não gráficos: Alguns elementos, tais como demandas nos nós, curvas de bombas, etc..., não são próprios de um cadastro de redes. Outros normalmente constam do esquema lógico (croquis), tais como cotas dos níveis máximo e mínimo dos reservatórios, nível dinâmico dos poços, diâmetro e comprimento do tubo edutor, etc... Embora possam ser inseridos no desenho através de blocos próprios e depois ter seus dados transferidos para o Epanet automaticamente, o trabalho de inseri-los no desenho ou de inseri-los diretamente no Epanet será o mesmo. Em qualquer dos casos é necessário tê-los em mãos antes de transferí-los para o Epanet. 7.2 Esquema lógico do sistema: Os elementos que compõem as condições de contorno do sistema, reservatórios, elevatórias, etc... podem ser inseridos através de blocos especiais no próprio desenho, onde os elementos de cálculo podem ser colocados (níveis dos reservatórios, nível dinâmico de poços, etc...), e depois transferidos automaticamente para o modelo gerado pelo programa Ufc2, ou podem também ser inseridos depois que o modelo foi gerado contendo apenas os elementos gráficos (rede e nós). No caso de se optar por fazer a inserção desses elementos através do desenho, deve ser observado o seguinte: 67 O Booster é representado por um bloco característico que contem apenas sua identificação e se o mesmo está, ou não, em operação. Ele deverá estar inserido num tubo próximo ao nó que terá a carga hidráulica aumentada, indicando assim seu sentido. O nó de entrada, será criado a 1 metro do nó de saída, sem se reduzir o comprimento do tubo, pois isso se torna apenas um detalhe gráfico, não afetando o cálculo hidráulico. Como um Booster equivale a uma bomba, será necessário apenas indicar sua “curva de bomba”, para que este possa ser modelado. Para os reservatórios, representados no Epanet por “tanks”, são necessários os níveis mínimo e máximo ( o programa ufc2 assumira como nível inicial o nível médio). Para reservatórios de base circular é necessário informar o diâmetro dessas bases. No caso de reservatórios de base retangular ou quadrada, a área da base (que será transformada pelo programa ufc2 em diâmetro equivalente, pois o Epanet assume todos os reservatórios – tanks – como cilíndricos, como default). Durante a execução do programa, o usuário deverá ter em mãos o esquema lógico do sistema (croquis), pois deverá informar nos “prompts” da linha de comando a seqüência lógica de qual reservatório é alimentado por qual bomba. Quando houver uma bomba abastecendo mais de um reservatório, deverá ser considerado o de cota superior. Observe que neste caso, deverá ser criada “manualmente” no epanet, depois que o arquivo do modelo for gerado, uma regra lógica para “fechamento” do reservatório de cota inferior. 68 (Fig. 7.1 Bloco de tanque retangular e seu modelo equivalente no EPANET) Atribuição de curva de demanda horária: Para simulação das variações horárias dos elementos de controle do sistema de abastecimento de água (pressão, vazão, etc..) utiliza-se um “padrão” de consumo horário baseado numa senóide com k2 igual a 1,5 e hora de pico igual a 13 horas. Esse “pattern” deve ser substituído no Epanet pela curva real, obtida através de medições de campo. (Fig. 7.2 Valores de “padrão” de consumo no EPANET) 69 Regras de controle: Ainda, para a simulação de período estendido (EPS), é atribuída uma regra “default” de liga/desliga nas bombas/elevatórias/poços/boosters. Este sistema de acionamento e desligamento das bombas funciona do seguinte modo: quando o nível d’água no reservatório atinge o nível mínimo declarado mais 5% de sua capacidade total (diferença entre os níveis d’água máximo e mínimo), a bomba é acionada e quando o nível d’água no reservatório atinge o nível máximo declarado menos 5% de sua capacidade total, a bomba é acionada. É importante observar que esta regra deve ser substituída pela regra real de automação, após a transferência dos elementos gráficos e geração do modelo no Epanet. (Fig. 7.3 Controle para desligamento de bomba de acordo com nível do tanque) 70 7.3 - Executando o programa Feita a preparação dos elementos não gráficos, conforme detalhado anteriormente, ao clicar no botão, o programa rodará. A interface do programa com o usuário será feita através de caixas de diálogo e do menu prompt. OBS.: Após o início deve-se esperar um tempo para que o programa possa realizar os seus cálculos e organizar suas listas. “Carregando” as bombas Para cada bomba existente na rede, aparecerá uma caixa de diálogo solicitando o arquivo, em “.txt”, que possui a curva da bomba a qual será mostrada na tela com um “zoom”. Selecione o arquivo e clique em Abrir. Além da curva da bomba, o programa também solicita que o usuário indique qual reservatório será abastecido por essa bomba. Aparecerá uma mensagem no prompt indicando a numeração dos reservatórios. Deve-se digitar o número correspondente ao reservatório e pressionar Enter. O mesmo procedimento deve ser repetido para cada bomba. Gerando o arquivo Concluído o processo de entrada de dados das bombas, aparecerá uma nova caixa de diálogo para salvar o arquivo “.inp” gerado. Clique em Salvar e o arquivo será gravado na mesma pasta que contêm o arquivo da rede em AutoCAD e com o mesmo nome desta. Mas se preferir, selecione uma pasta para a saída de dados e em “Nome do arquivo” digite o nome a ser dado ao arquivo “.inp”, depois clique em Salvar. 71 Foi gerado no decorrer da execução do simulador ufc2 um único arquivo de extensão “.inp”, contendo todos os dados da rede e que pode ser utilizado pelo EPANET para simular esta rede. Caso o operador (desenhista) tenha cometido algum erro ao “locar” os nós (ex: pegar “endpoint” incorreto, não coincidir nó com “endpoint”, etc...), aparecerá na linha de comando uma mensagem solicitando a correção dos erros. Acionando a tecla “F2” tem-se acesso à lista dos erros com as respectivas coordenadas dos nós onde eles ocorreram. Após corrigi-los, devese executar o programa novamente, seguindo os mesmos passos. 72 8 ARQUIVOS TESTE Os arquivos teste são preparados a partir dos arquivos de cotas e de arruamento, em conjunto com as redes(tubulação, reservatórios, adutoras, bombas) preparadas utilizando os elementos do Ufc2. Para elaborar um arquivo teste, primeiro deve-se abrir o arquivo de cotas, depois inserir o arquivo de arruamento como um bloco. Veja o exemplo seguinte de conjunto habitacional no Eusébio-CE. (Fig. 8.1 - cotas do arquivo Eusébio) (Fig.8.2 - Arruamento do arquivo Eusébio) Lembre-se primeiro se deve abrir o arquivo de cotas e depois inserir o arquivo de arruamento como um bloco. 73 Arquivo final que será chamado de “Redes_Eusébio”. Obtido através do conjunto do arquivo de cotas e do arquivo de arruamento. (Fig. 8.3 - Arquivo Redes_Eusébio) 74 Após feitas as inserções da tubulação, das bombas, dos reservatórios, das adutoras o arquivo Eusébio_Água estará pronto para ser transferido para o Epanet. (Fig. 8.4 - Arquivo Eusébio_Água) 75 Agora o botão será usado para transferir a rede acima para o EPANET. Para isso clique esse ícone que está na barra de ferramentas do UFC2. Feito isso aparecerá a caixa “Arquivos de exportação para o EPANET”. (Fig.8.5 – Arquivos de exportação para o Epanet) Nessa caixa existem três opções de arquivos de exportação. A seguir será mostrada cada uma delas. 76 1) Simulação de Redes e das Adutoras. Escolhendo Simulação de redes e das adutoras, o programa pedirá informações iniciais. No caso será usado “Darcy Weisbach” como opção de cálculo da perda de carga e “A partir das Demandas Especiais” para o cálculo das vazões de demanda dos nós. (Fig. 8.6 – escolha do para cálculo de perda de carga e de demandas) Após dado OK, o programa solicitará que seja selecionado o ponto de inserção do reservatório a montante da adutora 1. Informado o ponto, o programa entrará em processamento e se os dados estiverem corretos, o EPANET será aberto conforme a figura abaixo. 77 Simulação da rede Eusébio_Água no EPANET. 78 Existem outras opções de cálculos das vazões de demanda dos nós: 1) Baseado na população de projeto d caso essa opção seja selecionada, será solicitado o ponto de inserção do reservatório a montante da adutora 1. E logo seguida, aparecerá a caixa abaixo: 2) Baseado no numero médio e ligações a cada 100m d nessa opção o ponto de inserção do reservatório a montante da adutora também será solicitado, aparecendo em seguida a seguinte caixa: 79 2) Projeto / Dimensionamento da Rede Da mesma maneira da opção Simulação de redes e das adutoras, o programa pedirá informações iniciais. No caso será usado, novamente, “Darcy Weisbach” como opção de cálculo da perda de carga e “A partir das Demandas Especiais” para o cálculo das vazões de demanda dos nós. Daí o programa entrará em processamento e o EPANET será aberto conforme a figura abaixo: 80 3) Projeto / Dimensionamento de Adutoras Nessa opção, o programa pedirá informações iniciais conforme a caixa abaixo. No caso será usado “Darcy Weisbach” como opção de cálculo da perda de carga. E para o exemplo será usada adutora 1. 81 Daí o programa pede o ponto de inserção do reservatório a montante da adutora selecionada anteriormente, no caso a adutora1. Após essa informação o programa entra em processamento, caso não exista erros, o EPANET é aberto. 82
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