Manual do Utilizador Lisboa

Maro 2002

Laboratrio Nacional de Engenharia Civil

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Verso publicada em: 02/04/2002

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EPANET 2

MANUAL DO UTILIZADOR

por

Lewis A. Rossman

Water Supply and Water Resources Division

National Risk Management Research Laboratory United States Environmental Protection Agency

Traduo e adaptao

Laboratrio Nacional de Engenharia Civil

Lisboa, Portugal

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Ttulo original:

EPANET 2 USERS MANUAL EPA/600/R-00/057 - September 2000

NATIONAL RISK MANAGEMENT RESEARCH LABORATORY OFFICE OF RESEARCH AND DEVELOPMENT

U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY CINCINNATI, OH 45268

U.S.A.

Traduo e adaptao para lngua portuguesa:

DLIA LOUREIRO SRGIO TEIXEIRA COELHO

LABORATRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL AV. BRASIL, 101 1700-066 LISBOA

PORTUGAL

NOTA

A informao publicada na verso em ingls deste documento foi sujeita reviso tcnica e administrativa da EPA, e a sua publicao como documento da EPA foi aprovada. A traduo e adaptao para portugus deste documento so da responsablidade do LNEC.

Embora todos os esforos tenham sido feitos para garantir que os resultados obtidos so correctos, os programas de computador descritos no presente manual so experimentais. Assim, o autor, a U.S. Environmental Protection Agency e o Laboratrio Nacional de Engenharia Civil no so responsveis nem assumiro qualquer responsabilidade por quaisquer resultados ou pela utilizao feita dos resultados destes programas, nem por quaisquer danos ou litgio que possam resultar da utilizao destes programas para qualquer fim. A meno de marcas ou produtos comerciais no constitui recomendao do seu uso.

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PREFCIO EDIO PORTUGUESA

Os modelos de simulao de sistemas de transporte e distribuio de gua constituem os instrumentos computacionais mais utilizados e consagrados no campo do planeamento, do projecto e do diagnstico de funcionamento, sendo um complemento ao discernimento e experincia dos tcnicos envolvidos.

O desenvolvimento de um modelo de simulao fivel , tanto para a componente hidrulica como para a de qualidade da gua, uma opo de fundo na gesto moderna de um sistema de abastecimento de gual. A utilidade de um modelo de simulao, tanto para a correcta explorao dos sistemas na procura da garantia de satisfao das condies hidrulicas e de qualidade ideais como para o melhor planeamento das suas expanses e outras intervenes, incontornvel e diariamente atestada pela experincia de inmeras entidades gestoras em todo o mundo.

Um dos simuladores mais atractivos para as entidades gestoras, consultores, investigadores, acadmicos e estudantes portugueses o EPANET, desenvolvido pela U.S. Environmental Protection Agency1 (EPA), dos Estados Unidos da Amrica. Trata-se de um simulador amplamente testado e credvel, que beneficia h cerca de uma dcada de uma alargada comunidade de utilizadores em todo o mundo, fruto de uma filosofia transparente de distribuio gratuita tanto do programa como do seu cdigo computacional. O propsito original da EPA, de produzir e colocar disposio dos pequenos e mdios distribuidores de gua um software competente que lhes permitisse aceder a custo mnimo tecnologia da simulao dos sistemas, foi amplamente atingido. A verso mais recente EPANET 2.0 publicada em Setembro de 2000, elevou o programa a um nvel comparvel aos melhores simuladores comerciais disponveis no mercado, tanto do ponto de vista funcional como da sua facilidade de utilizao.

Ao traduzir e adaptar o programa e os seus materiais de apoio para lngua portuguesa, o Laboratrio Nacional de Engenharia Civil associa-se assim ao propsito da EPA, procurando desta forma promover entre os utilizadores lusfonos, nomeadamente os profissionais da indstria da gua, os consultores, os docentes e os estudantes de engenharia, a divulgao da simulao de sistemas de transporte e distribuio de gua.

Laboratrio Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal Dezembro de 2001

1 Agncia para a Proteco do Ambiente

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PREFCIO EDIO ORIGINAL

A U.S. Environmental Protection Agency a agncia estatal encarregue pelo Congresso dos E.U.A. de proteger os recursos naturais do pas: terra, ar e recursos hdricos. De acordo com a legislao norte-americana em matria ambiental, cabe a esta instituio conceber e implementar aces que conduzam a um balano entre as actividades humanas e a capacidade dos sistemas naturais para suportar e garantir nveis ambientais aceitveis. Para cumprir este objectivo, o programa de investigao da EPA fornece informao de base e suporte tcnico para a resoluo de problemas ambientais actuais, que permitam construir um base de conhecimento cientfico necessria a uma adequada gesto dos recursos ecolgicos, ajudar a compreender o modo como os poluentes podem afectar a sade pblica, e prevenir ou minimizar futuros riscos ambientais.

O National Risk Management Research Laboratory2, um dos laboratrios da EPA, constitui a unidade principal para a investigao de tcnicas e metodologias de gesto que permitam reduzir os riscos para a sade humana e o ambiente. Os seus principais objectivos so: o desenvolvimento de metodologias de preveno e controlo da poluio do ar, terras e recursos superficiais; a proteco de qualidade da gua em sistemas pblicos de abastecimento; o melhoramento das condies ambientais de locais contaminados e de aquferos subterrneos; e a preveno e controlo da poluio do ar em recintos fechados. As principais funes desta unidade de investigao so: desenvolver e implementar tecnologias ambientais inovadoras e economicamente viveis; desenvolver informao cientfica e de engenharia necessrias EPA para apoio deciso no mbito de regulamentos e de polticas; e, ainda, fornecer suporte tcnico e proporcionar a transferncia de informao que assegure a implementao eficaz de decises e regulamentao ambientais.

Por forma a satisfazer os requisitos regulamentares e as necessidades dos consumidores, as entidades gestoras de sistemas de abastecimento de gua sentem a necessidade de compreender melhor os movimentos e transformaes a que a gua destinada ao consumo humano est sujeita atravs dos sistemas de distribuio. O EPANET um modelo de simulao em computador que ajuda a atingir este objectivo. Permite simular o comportamento hidrulico e de qualidade da gua de um sistema de distribuio sujeito a diversas condies operacionais durante um determinado perodo de funcionamento. Este manual descreve como utilizar esta nova verso do programa, a qual incorpora vrios avanos na modelao conseguidos durante os ltimos anos.

E. Timothy Oppelt

Director do National Risk Management Research Laboratory

2 Laboratrio Nacional de Investigao sobre Gesto do Risco

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NDICE

C A P T U L O 1 - I N T R O D U O.................................................................................. 1 1.1 O QUE O EPANET....................................................................................................................... 1 1.2 CAPACIDADES DE MODELAO HIDRULICA ................................................................................ 1 1.3 CAPACIDADES DE MODELAO DA QUALIDADE DA GUA............................................................ 2 1.4 PASSOS A SEGUIR NA UTILIZAO DO EPANET ........................................................................... 3 1.5 SOBRE ESTE MANUAL .................................................................................................................... 3

C A P T U L O 2 - V I S I T A G U I A D A A O E P A N E T.............................................. 7 2.1 INSTALAR O EPANET.................................................................................................................... 7 2.2 EXEMPLO DE APLICAO............................................................................................................... 7 2.3 CONFIGURAR O PROJECTO.............................................................................................................. 9 2.4 TRAADO DA REDE...................................................................................................................... 10 2.5 CONFIGURAR AS PROPRIEDADES DOS OBJECTOS .......................................................................... 12 2.6 GUARDAR E ABRIR PROJECTOS.................................................................................................... 14 2.7 EXECUTAR UMA SIMULAO ESTTICA ...................................................................................... 15 2.8 EXECUTAR UMA SIMULAO DINMICA ..................................................................................... 16 2.9 EXECUTAR UMA SIMULAO DE QUALIDADE DA GUA .............................................................. 19

C A P T U L O 3 - O M O D E L O D A R E D E ................................................................ 21 3.1 COMPONENTES FSICOS................................................................................................................ 21 3.2 COMPONENTES NO FSICOS ........................................................................................................ 30 3.3 MODELO DE SIMULAO HIDRULICA ........................................................................................ 36 3.4 MODELO DE SIMULAO DE QUALIDADE DA GUA .................................................................... 37

C A P T U L O 4 - A M B I E N T E D E T R A B A L H O D O E P A N E T.................. 43 4.1 VISO GERAL .............................................................................................................................. 43 4.2 BARRA DE MENUS PRINCIPAL...................................................................................................... 43 4.3 BARRAS DE FERRAMENTAS .......................................................................................................... 47 4.4 BARRA DE ESTADO ...................................................................................................................... 48 4.5 JANELA DO MAPA DA REDE ......................................................................................................... 49 4.6 PGINA DE DADOS DA JANELA DE PROCURA ............................................................................... 49 4.7 PGINA DO MAPA DA JANELA DE PROCURA ................................................................................ 50 4.8 JANELA DO EDITOR DE PROPRIEDADES ........................................................................................ 51 4.9 PREFERNCIAS DO PROGRAMA..................................................................................................... 52

C A P T U L O 5 - T R A B A L H A R C O M P R O J E C T O S...................................... 55 5.1 ABRIR E GUARDAR FICHEIROS DE PROJECTO ............................................................................... 55 5.2 VALORES POR DEFEITO DO PROJECTO.......................................................................................... 56 5.3 DADOS DE CALIBRAO .............................................................................................................. 58 5.4 SUMRIO DO PROJECTO ............................................................................................................... 60

C A P T U L O 6 - T R A B A L H A R C O M O B J E C T O S ......................................... 61 6.1 TIPOS DE OBJECTOS...................................................................................................................... 61 6.2 ADICIONAR OBJECTOS.................................................................................................................. 61 6.3 SELECCIONAR OBJECTOS ............................................................................................................. 63 6.4 EDITAR OBJECTOS VISVEIS ......................................................................................................... 63 6.5 EDITAR OBJECTOS NO-VISVEIS ................................................................................................ 70 6.6 COPIAR E COLAR OBJECTOS......................................................................................................... 75 6.7 CONFIGURAR E INVERTER TROOS .............................................................................................. 75 6.8 APAGAR UM OBJECTO.................................................................................................................. 77 6.9 MOVER UM OBJECTO ................................................................................................................... 77 6.10 SELECCIONAR UM GRUPO DE OBJECTOS ...................................................................................... 77 6.11 EDITAR UM GRUPO DE OBJECTOS ................................................................................................ 78

C A P T U L O 7 - T R A B A L H A R C O M O M A P A D A R E D E ........................ 79 7.1 SELECCIONAR PARMETROS A VISUALIZAR NO MAPA ................................................................ 79 7.2 CONFIGURAR AS DIMENSES DO MAPA ....................................................................................... 80 7.3 UTILIZAR UMA IMAGEM DE FUNDO DO MAPA.............................................................................. 81

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7.4 AUMENTAR/DIMINUIR O TAMANHO DO MAPA............................................................................. 82 7.5 MOVER O MAPA........................................................................................................................... 82 7.6 LOCALIZAR UM OBJECTO ............................................................................................................. 83 7.7 LEGENDAS DO MAPA ................................................................................................................... 84 7.8 VISTA PANORMICA .................................................................................................................... 85 7.9 OPES DE VISUALIZAO DO MAPA.......................................................................................... 85

C A P T U L O 8 - S I M U L A O D E U M A R E D E............................................... 89 8.1 CONFIGURAR AS OPES DE SIMULAO .................................................................................... 89 8.2 EXECUTAR UMA SIMULAO ....................................................................................................... 94 8.3 ELIMINAR ERROS DOS RESULTADOS DE SIMULAO ................................................................... 94

C A P T U L O 9 - V I S U A L I Z A O D E R E S U L T A D O S ............................. 97 9.1 VER RESULTADOS NO MAPA........................................................................................................ 97 9.2 VER RESULTADOS ATRAVS DE GRFICOS .................................................................................. 99 9.3 VER RESULTADOS ATRAVS DE TABELAS.................................................................................. 107 9.4 VER RELATRIOS ESPECFICOS.................................................................................................. 110

C A P T U L O 10 - I M P R I M I R E C O P I A R D A D O S ........................................ 117 10.1 SELECCIONAR UMA IMPRESSORA ............................................................................................... 117 10.2 CONFIGURAR O FORMATO DE UMA PGINA ............................................................................... 117 10.3 VER ANTES ................................................................................................................................ 118 10.4 IMPRIMIR VISTA ACTUAL........................................................................................................... 118 10.5 COPIAR PARA O CLIPBOARD OU PARA UM FICHEIRO ................................................................... 119

C A P T U L O 1 1 - I M P O R T A R E E X P O R T A R D A D O S............................. 121 11.1 CENRIOS DE PROJECTOCENRIO.............................................................................................. 121 11.2 EXPORTAR UM CENRIO ............................................................................................................ 121 11.3 IMPORTAR UM CENRIO............................................................................................................. 122 11.4 IMPORTAR DADOS PARCIAIS DA REDE ....................................................................................... 122 11.5 IMPORTAR UM MAPA DA REDE .................................................................................................. 123 11.6 EXPORTAR O MAPA DA REDE..................................................................................................... 123 11.7 EXPORTAR PARA UM FICHEIRO DE TEXTO.................................................................................. 124

C A P T U L O 1 2 - Q U E S T E S F R E Q U E N T E S............................................... 127 A N E X O A - U N I D A D E S D E M E D I D A............................................................... 131 A N E X O B - M E N S A G E N S D E E R R O ................................................................. 133 A N E X O C - T R A B A L H A R A P A R T I R D A L I N H A D E C O M A N D O S E M D O S ....................................................................... 135

C.1 INSTRUES GERAIS .................................................................................................................. 135 C.2 FORMATO DO FICHEIRO DE DADOS ............................................................................................ 135 C.3 FORMATO DO FICHEIRO DE RELATRIO ..................................................................................... 174 C.4 FORMATO DO FICHEIRO BINRIO DE RESULTADOS .................................................................... 177

A N E X O D - A N L I S E D E A L G O R I T M O S...................................................... 183 D.1 HIDRULICA .............................................................................................................................. 183 D.2 QUALIDADE DA GUA................................................................................................................ 190 D.3 REFERNCIAS............................................................................................................................. 196 D.4 REFERNCIAS EM LNGUA PORTUGUESA.................................................................................... 197

A N E X O E - D I C I O N R I O......................................................................................... 199 E.1 DICIONRIO INGLS - PORTUGUS............................................................................................. 199 E.2 DICIONRIO PORTUGUS - INGLS............................................................................................. 214

N D I C E R E M I S S I V O ................................................................................................... 229

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SIMBOLOGIA

Smbolo Grandeza rugosidade absoluta (ou rugosidade de Darcy-Weisbach) expoente do emissor

constante parmetro de regulao de velocidade

A termo de perda de carga, constante, seco transversal da tubagem, matriz jacobiana

Aii elementos da diagonal da matriz jacobiana

B expoente do caudal, constante

C coeficiente da frmula de Hazen-Williams, constante, concentrao de uma substncia, coeficiente de vazo

C0 concentrao no instante inicial

Ci concentrao na tubagem i

Ci|x=0 concentrao no incio do troo i

Ci|x=L concentrao no final do troo i

CL concentrao-limite

Cs concentrao no reservatrio

Ct concentrao no instante t

d dimetro da tubagem

D difuso molecular

Di consumo no n i

e rugosidade absoluta (ou rugosidade de Darcy-Weisbach)

F factor que relaciona a reaco na parede com a rugosidade da tubagem, vector

f factor de resistncia (factor de Darcy-Weisbach)

Fi termo i do vector

g acelerao da gravidade

h perda de carga total

H cota piezomtrica, altura piezomtrica, altura de elevao, vector de incgnitas em termos de cotas piezomtricas

h0 altura de elevao para caudal nulo

Hf cota piezomtrica

hG altura de elevao

Hi cota piezomtrica no n i

hL perda de carga

i ndice do n de montante

ix

Ik conjunto de troos com caudal que convergem no n k

Is conjunto de troos que fornecem caudal ao reservatrio

j ndice do n de jusante

K coeficiente de perda de carga singular ou localizada

Kb coeficiente de reaco no seio do escoamento

kf coeficiente de transferncia de massa

Kw coeficiente de reaco na parede da tubagem

L comprimento da tubagem

Lj comprimento do troo j

m coeficiente de perda de carga singular

n coeficiente de rugosidade de Manning, ordem da reaco, expoente do caudal, coeficiente da curva da bomba

N velocidade de rotao da bomba

Os conjunto de troos que recebem caudal do reservatrio

p presso

pif inverso da derivada da perda de carga total no troo entre os ns i e j

pij inverso da derivada da perda de carga total no troo entre os ns i e j

Q caudal

q caudal

Qij caudal no troo entre os ns i e j

Qj caudal no troo j

Qk,ext origem externa de caudal que entra na rede atravs do n k

r coeficiente da curva da bomba, taxa de reaco, termo de perda de carga

R taxa de reaco instantnea

R raio da tubagem

Re nmero de Reynolds

Sc n de Schmidt

Sh n de Sherwood

T tempo

ui velocidade do escoamento na tubagem i

V velocidade do escoamento

V volume

Vs volume de armazenamento no instante t

X distncia

yij factor de correco do caudal

x

ABREVIATURAS

Smbolo Descrio ASCII cdigo padro americano para intercmbio de informao

CAD Computer-Aided Design

DOC concentrao de carbono orgnico dissolvido

FIFO modelo de mistura do tipo first-in, first-out em reservatrios de nvel varivel

GIS Geographical Information System

HOCL cloro livre

ID identificao dos objectos

LIFO modelo de mistura do tipo last-in, first-out em reservatrios de nvel varivel

MO matria orgnica

RNF reservatrio de nvel fixo

RNV reservatrio de nvel varivel

SI sistema internacional de unidades

SPD subprodutos da desinfeco

THM trihalometanos

US sistema de unidades americano

UVA absorvncia no ultravioleta

VA vlvula de alvio ou vlvula de controlo da presso a montante

VB vlvula de borboleta ou vlvula de controlo de perda de carga fixa

VG vlvula genrica

VPCF vlvula de perda de carga fixa

VR vlvula de reteno de caudal

VRC vlvula reguladora de caudal

VRP vlvula redutora de presso ou vlvula de controlo da presso a jusante

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C A P T U L O 1 - I N T R O D U O

1.1 O que o EPANET O EPANET um programa de computador que permite executar simulaes estticas e dinmicas do comportamento hidrulico e de qualidade da gua de sistemas de distribuio em presso. Uma rede constituda por tubagens, bombas, vlvulas, reservatrios de nvel fixo e/ou reservatrios de nvel varivel. O EPANET permite obter os valores do caudal em cada tubagem, da presso em cada n, da altura de gua em cada reservatrio de nvel varivel e da concentrao de espcies qumicas atravs da rede durante o perodo de simulao, subdividido em mltiplos passos de clculo. Adicionalmente, para alm de espcies qumicas, o clculo da idade da gua e o rastreio da origem de gua em qualquer ponto da rede tambm podem ser levados a cabo. O EPANET foi concebido para ser uma ferramenta de apoio anlise de sistemas de distribuio, melhorando o conhecimento sobre o transporte e o destino dos constituintes da gua para consumo humano. Pode ser utilizado em diversas situaes onde seja necessrio efectuar simulaes de sistemas de distribuio. O estabelecimento de cenrios de projecto (p.ex., expanso de uma rede existente), a calibrao de modelos hidrulicos, a anlise do decaimento do cloro residual e a avaliao dos consumos constituem alguns exemplos. O EPANET pode ajudar a analisar estratgias alternativas de gesto, de modo a melhorar a qualidade da gua atravs do sistema, atravs de, por exemplo:

alteraes na utilizao de origens de gua num sistema com mltiplas origens,

alterao de esquemas de funcionamento de grupos elevatrios e enchimento/esvaziamento de reservatrios de nvel varivel,

utilizao de tratamento adicional, como seja a recloragem,

seleco de tubagens para limpeza e substituio. Em ambiente Windows, o EPANET fornece um ambiente integrado para editar dados de entrada da rede, executar simulaes hidrulicas e de qualidade da gua e visualizar os resultados em vrios formatos. Estes ltimos incluem a possibilidade de visualizar mapas da rede com codificao a cores, tabelas de dados, grficos de sries temporais e grficos de isolinhas.

1.2 Capacidades de Modelao Hidrulica Uma rede completamente caracterizada (ou seja, incluindo todas as tubagens, sem simplificaes) e uma modelao hidrulica fivel constituem pr-requisitos essenciais para a correcta modelao de qualidade da gua. O EPANET contm um conjunto de ferramentas de clculo para apoio simulao hidrulica, de que se destacam como principais caractersticas:

dimenso (nmero de componentes) da rede a analisar ilimitada;

clculo da perda de carga utilizando as frmulas de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach ou Chezy-Manning;

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considerao das perdas de carga singulares em curvas, alargamentos, estreitamentos, etc.;

modelao de bombas de velocidade constante ou varivel;

clculo da energia de bombeamento e do respectivo custo;

modelao dos principais tipos de vlvulas, incluindo vlvulas de seccionamento, de reteno, reguladoras de presso e de caudal;

modelao de reservatrios de armazenamento de nvel varivel de formas diversas, atravs de curvas de volume em funo da altura de gua;

mltiplas categorias de consumo nos ns, cada uma com um padro prprio de variao no tempo;

modelao da relao entre presso e caudal efluente de dispositivos emissores (p.ex. aspersores de rega, ou consumos dependentes da presso);

possibilidade de basear as condies de operao do sistema em controlos simples, dependentes de uma s condio (p.ex.; altura de gua num reservatrio de nvel varivel, tempo), ou em controlos com condies mltiplas.

1.3 Capacidades de Modelao da Qualidade da gua Para alm da modelao hidrulica, o EPANET fornece as seguintes possibilidades relativamente modelao da qualidade da gua:

modelao do transporte de um constituinte no-reactivo (p.ex., um traador) atravs da rede ao longo do tempo;

modelao do transporte, mistura e transformao de um constituinte reactivo, medida que este sofre decaimento (p.ex., cloro residual) ou crescimento (p.ex., um subproduto da desinfeco) com o tempo;

modelao do tempo de percurso da gua atravs da rede;

clculo da percentagem de caudal que, com origem em determinado n, atinge qualquer outro n ao longo do tempo (p.ex., clculo da importncia relativa de duas origens de gua diferentes);

modelao de reaces de decaimento do cloro no seio do escoamento e na a parede da tubagem;

utilizao de cinticas de ordem n para modelar reaces no seio do escoamento em tubagens e reservatrios;

utilizao de cinticas de ordem 0 ou 1 para modelar reaces na parede das tubagens;

definio de limites para a transferncia de massa na modelao de reaces na parede;

permitir que as reaces de crescimento ou decaimento sejam controladas por um valor de concentrao-limite;

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aplicao rede de coeficientes de reaco globais, que podem ser modificados individualmente para cada tubagem;

possibilidade de relacionar o coeficiente de reaco na parede com a rugosidade da tubagem;

definio de variao temporal da concentrao ou de entrada de massa em qualquer ponto da rede;

modelao de reservatrios de armazenamento de nvel varivel como reactores de mistura completa, de escoamento em mbolo ou ainda de mistura com dois compartimentos.

Tirando partido destas possibilidades, o EPANET pode efectuar os seguintes tipos de anlise:

mistura de gua a partir de diversas origens;

determinao do tempo de percurso da gua atravs de um sistema;

determinao da perda de cloro residual;

determinao do crescimento de subprodutos da desinfeco;

rastreio da propagao de contaminantes ao longo da rede.

1.4 Passos a Seguir na Utilizao do EPANET A modelao de um sistema de distribuio de gua atravs do EPANET utiliza tipicamente os seguintes passos:

1. desenhar uma representao esquemtica do sistema de distribuio (ver seco 6.1) ou importar uma descrio-base do sistema a partir de um ficheiro de texto (ver seco 11.4);

2. editar as propriedades dos objectos que constituem o sistema (ver seco 6.4);

3. descrever as condies de operacionalidade do sistema (ver seco 6.5);

4. seleccionar um conjunto de opes de simulao (ver seco 8.1);

5. executar uma simulao hidrulica ou de qualidade da gua (ver seco 8.2);

6. visualizar os resultados da simulao (ver Captulo 9).

1.5 Sobre este Manual O Captulo 2 deste manual descreve como instalar o EPANET e fornece uma breve visita guiada sobre a sua utilizao. Os utilizadores menos familiarizados com os conceitos bsicos da modelao de sistemas de distribuio devem ler o Captulo 3 antes de efectuar a visita guiada no Captulo 2. O Captulo 3 descreve os componentes que o EPANET utiliza para modelar um sistema de distribuio de gua. Discute o comportamento dos componentes fsicos que integram um sistema de distribuio, assim como a informao adicional necessria para a modelao, como sejam os padres temporais e os

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controlos das condies operacionais. Tambm fornece informao sobre o modo como a simulao numrica do comportamento hidrulico e de qualidade da gua efectuada. O Captulo 4 descreve o ambiente de trabalho do EPANET. Apresenta as funes dos vrios menus de opes e botes das barras de ferramentas, bem como as trs janelas principais - Mapa de Rede, Procura e o Editor de Propriedades. O Captulo 5 descreve o modo como os ficheiros de projecto armazenam toda a informao contida num modelo de um sistema de distribuio. Mostra como criar, abrir e guardar estes ficheiros, bem como configurar as opes de valores por defeito. Tambm descreve como registar os dados de calibrao, utilizados para comparar os resultados da simulao com os dados de monitorizao do sistema. O Captulo 6 descreve o modo de construo de um modelo de um sistema de distribuio, utilizando o EPANET. Mostra como criar os vrios tipos de objectos fsicos (tubagens, bombas, vlvulas, reservatrios, etc.) que constituem um sistema, como editar as propriedades desses objectos e como caracterizar a variao de consumos e das condies de operao do sistema ao longo do tempo. O Captulo 7 explica como utilizar as possibilidades grficas de visualizao do mapa do sistemas a ser modelado. Mostra como visualizar os diferentes parmetros de dimensionamento e de clculo no mapa, segundo um cdigo de cores adoptado, configurar as dimenses, aumentar ou diminuir a escala, mover o mapa, localizar objectos no mapa e que opes esto disponveis para personalizar a aparncia do mapa. O Captulo 8 mostra como executar uma simulao hidrulica ou de qualidade da gua. Descreve as vrias opes que controlam o modo com a simulao efectuada e fornece indicaes para a correco de erros quando se analisa os resultados da simulao. O Captulo 9 descreve as vrias possibilidades de visualizao dos resultados de uma simulao. Estas incluem diferentes modos de visualizao do mapa da rede, vrios tipos de grficos e tabelas e diferentes tipos de relatrios especficos. O Captulo 10 explica como imprimir e copiar os resultados de uma simulao descritos, no Captulo 9. O Captulo 11 descreve o modo como o EPANET pode importar e exportar cenrios de projecto. Um cenrio um subconjunto de dados que caracterizam as condies correntes sob as quais a rede est a ser analisada (p.ex., consumo, regras de operacionalidade, coeficientes de reaco de qualidade da gua, etc.). Tambm refere como gravar todos os dados de um projecto para um ficheiro de texto e como exportar o mapa da rede sob uma variedade de formatos. O Captulo 12 responde s questes mais frequentemente colocadas sobre como o EPANET pode ser utilizado para modelar situaes particulares, tais como a modelao de reservatrios de nvel varivel pneumticos, a procura do mximo caudal disponvel a uma presso especfica e a modelao do crescimento de subprodutos da desinfeco.

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O Anexo A fornece uma tabela de unidades onde que so expressas as unidades de todos os parmetros de dimensionamento e de clculo. O Anexo B apresenta uma lista de cdigos de mensagens de erro que o programa pode gerar, e respectivos significados. O Anexo C descreve como o EPANET pode ser executado a partir da linha de comandos de uma janela DOS, e refere o formato dos ficheiros que so utilizados neste modo de funcionamento. O Anexo D fornece detalhes sobre as formulaes, algoritmos e mtodos de resoluo utilizados pelo EPANET nas simulaes de hidrulica e de qualidade da gua. No Anexo E apresenta-se um dicionrio de termos tcnicos utilizados no domnio da simulao de sistemas de distribuio de gua.

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C A P T U L O 2 - V I S I T A G U I A D A A O E P A N E T

Este captulo apresenta uma visita guiada ao EPANET, incluindo os principais passos a seguir para efectuar uma simulao de um sistema de distribuio de gua. Se no estiver familiarizado com os componentes que integram um sistema de distribuio e com o modo como estes so representados em modelao, dever previamente ler as duas seces iniciais do captulo 3.

2.1 Instalar o EPANET O EPANET verso 2.0 funciona em ambiente Microsoft Windows 95/98/NT para computadores pessoais compatveis com os sistemas IBM/Intel. distribudo como um nico ficheiro, en2setup.exe, o qual contm um programa de configurao que automaticamente extrado. Para instalar o EPANET:

1. seleccione Executar no menu Iniciar3 do Windows;

2. introduza o nome da pasta e o nome do ficheiro en2setup.exe ou clique no boto Procurar, para localiz-lo no seu computador;

3. clique no boto OK para iniciar o processo de configurao. O programa de configurao ir pedir-lhe que escolha a pasta onde os ficheiros do EPANET sero gravados. A pasta por defeito C:\Program Files\Epanet2. Aps os ficheiros terem sido instalados com sucesso, o Menu Iniciar do Windows ter um novo item: EPANET 2.0. Para iniciar o EPANET, seleccione este item a partir do Menu Iniciar, e seguidamente seleccione EPANET 2.0 a partir do submenu que mostrado (o nome do ficheiro executvel que permite iniciar o EPANET em ambiente Windows epanet2w.exe.) . No caso de pretender remover o EPANET do seu computador, pode utilizar o seguinte procedimento:

1. seleccione Definies a partir do menu Iniciar do Windows;

2. seleccione Painel de controlo a partir do menu Definies;

3. faa duplo clique sobre a opo Adicionar/Remover Programas;

4. seleccione o item EPANET 2.0 a partir da lista de programas que mostrada;

5. clique no boto Adicionar/Remover.

2.2 Exemplo de Aplicao Apresenta-se na Figura 2.1 um exemplo de uma rede de distribuio simples para ilustrar os principais passos de um processo de simulao. A rede composta por um reservatrio ilimitado (RNF), com nvel de gua constante e qualidade conhecida (caractersticas que simulam, p.ex., o reservatrio de gua tratada de uma estao de tratamento de gua), a partir da qual a gua

3 Ou Start, no caso de uma verso do Windows em ingls.

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bombeada para um sistema de distribuio composto por duas redes emalhadas. O sistema possui tambm uma tubagem que liga a rede a um reservatrio com altura de gua varivel (RNV). O desenho da rede e a identificao (os rtulos de ID) dos vrios componentes da rede so mostrados na figura seguinte. As caractersticas dos ns da rede encontram-se descritas na Tabela 2.1. As propriedades dos troos so apresentadas na Tabela 2.2. A instalao de bombagem (Troo 9) caracterizada por uma altura de elevao de 57.5 m e um caudal de 18 l/s; o RNV (N 8) tem 9.0 m de dimetro, uma altura de gua inicial de 1.0 m e uma altura mxima de 3.0 m.

Figura 2.1 Representao da Rede Exemplo no EPANET

Tabela 2.1 Propriedades dos Ns da Rede Exemplo

N Cota (m) Consumo (l/s)

1 213 0 2 213 0.1 3 216 1.2 4 213 7.0 5 198 9.1 6 213 1.4 7 213 1.1 8 253 0

Tabela 2.2 Propriedades dos Troos da Rede Exemplo

Troo Comprimento (m) Dimetro (mm) Factor C

1 915 200 100 2 1525 100 100 3 1525 150 100 4 1525 80 100 5 1525 80 100 6 2134 80 100 7 1525 150 100 8 2134 80 100

9

2.3 Configurar o Projecto A primeira tarefa criar um novo projecto no EPANET e certificar-se que determinadas opes por defeito esto seleccionadas. Para comear, inicie o EPANET ou, se este j estiver activado, seleccione Ficheiro >> Novo (a partir da barra de menus principal) para criar um novo projecto. A seguir, seleccione Projecto >> Valores por Defeito para abrir a caixa de dilogo apresentada na Figura 2.2. Esta caixa de dilogo ser utilizada para permitir que o EPANET gere automaticamente IDs (identificaes) para os componentes do modelo que sejam criados (ns, reservatrios, tubagens, bombas, etc.), sendo possvel definir um prefixo prprio para cada categoria. No caso de no pretender adicionar qualquer prefixo de ID aos objectos que constituem a rede, apague todos os prefixos dos campos da pgina de Rtulos de ID e defina um incremento de numerao automtica de ID de 1. A seguir, seleccione a pgina de Hidrulica da caixa de dilogo e edite a opo Unidades de Caudal, escolhendo L/s. Refira-se que o sistema de unidades escolhido para o caudal o sistema adoptado pelo EPANET para as restantes grandezas. No presente exemplo, sero adoptadas as unidades do Sistema Internacional para o comprimento (m), dimetro de tubagem (mm), presso (m), etc4. Ainda na mesma pgina, seleccione a opo Hazen-Williams (H-W) como frmula de clculo da perda de carga contnua. Se pretender guardar estas opes para aplicao em novos projectos, verifique se a opo Guardar no fundo da caixa est seleccionada, antes de fazer clique no boto OK.

Figura 2.2 Caixa de dilogo de Valores por Defeito

Em seguida, seleccione algumas opes de visualizao do mapa para que, medida que sejam adicionados objectos, possam ser visualizados os respectivos rtulos de ID e smbolos. Seleccione Ver >> Opes para que seja mostrada a caixa de dilogo de Opes do Mapa. Seleccione a pgina de Notao na

4 Ver o menu Ajuda >> Unidades para mais detalhes.

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caixa de dilogo e verifique as opes apresentadas na Figura 2.3 abaixo. A seguir, mude para a pgina de Smbolos e verifique tambm todas as opes. Clique no boto OK para aceitar estas opes e feche a caixa de dilogo. Por ltimo, antes de desenhar a rede, deve verificar se as opes de escala do mapa esto de acordo com o desenho pretendido. Seleccione Ver >> Dimenses para que seja mostrada a caixa de dilogo de Dimenses do Mapa. Verifique as dimenses por defeito atribudas a um novo projecto. Para o exemplo apresentado, as propriedades atribudas por defeito sero suficientes, pelo que deve fazer clique no boto OK.

Figura 2.3 Caixa de dilogo de Opes do Mapa

2.4 Traado da Rede Aps ter seguido os passos anteriores, pode comear a desenhar a rede com o auxlio do rato e dos botes da Barra de Ferramentas do Mapa, mostrada abaixo. (Se a barra de ferramentas no estiver visvel, seleccione Ver >> Barras de Ferramentas>> Mapa).

Em primeiro lugar, adicione o reservatrio de nvel fixo (RNF). Clique no

boto RNF , para seleccion-lo. A seguir, clique com o rato no ponto do mapa onde pretende inserir este componente (algures na zona esquerda do mapa).

A seguir, adicione os ns. Clique no boto N e, seguidamente, clique nos pontos do mapa onde pretende colocar os ns 2 a 7. Finalmente, adicione o reservatrio de nvel varivel (RNV) fazendo clique no

boto RNV e, a seguir, clique no ponto do mapa onde pretende inseri-lo.

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Inseridos todos os componentes anteriormente referidos, a rede obtida deve apresentar uma configurao semelhante ao desenho da Figura 2.4.

Figura 2.4 Mapa da rede depois de Criados os Ns (ns, RNF, RNV) Em seguida, adicione as tubagens. Comece com a tubagem 1, que liga os ns 2

e 3. Em primeiro lugar, clique no boto Tubagem da Barra de Ferramentas do Mapa. A seguir, clique no n 2 e depois no n 3. Observe que, ao deslocar-se do n 2 para o n 3, desenhada uma linha tracejada que se torna contnua assim que se faz um clique sobre o n 3. Repita o procedimento para as tubagens 2 a 7. A tubagem 8 curva. Para desenh-la, clique primeiro com o rato no n 5. A seguir, obtenha uma curva fazendo clique nos pontos onde necessrio efectuar uma mudana de direco para obter a forma desejada. Complete o processo fazendo clique no n 6. Por ltimo, adicione a bomba. As bombas, tal como as tubagens e as vlvulas, so tramos da rede, definindo uma ligao entre dois ns. Assim, seleccione o

boto Bomba , clique no n 1 e em seguida no n 2. A seguir, adicione rtulos aos componentes reservatrio de nvel fixo, bomba e

reservatrio de nvel varivel. Seleccione o boto Texto , da barra de Ferramentas do Mapa, e clique junto ao reservatrio de nvel fixo (N 1). Uma caixa de edio ser mostrada. Escreva a palavra RNF e pressione a tecla Enter. Clique junto bomba e introduza o respectivo rtulo, proceda de igual

modo para adicionar o rtulo de RNV. A seguir, clique no boto Seleco , da barra de Ferramentas do Mapa, para passar do modo Insero de Texto para o modo Seleco de Objecto. Tem-se assim o desenho da rede completo. O mapa da rede obtido deve apresentar uma configurao semelhante da Figura 2.1. Se os ns no estiverem correctamente posicionados pode mov-los, fazendo clique no n que pretende mover e arrastando-o, com o boto esquerdo do rato pressionado, para a nova posio. Observe que os troos que esto ligados ao n acompanham o

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deslocamento deste, variando de comprimento5. Os rtulos podem ser reposicionados de igual modo. Para alterar a curvatura da tubagem 8:

1. clique, em primeiro lugar, na tubagem 8 para seleccion-la e,

em seguida, clique no boto da Barra de Ferramentas do Mapa para passar o mapa para o modo de Seleco de Vrtice;

2. seleccione um ponto de vrtice na tubagem com o rato, e arraste-o para a nova posio com o boto esquerdo do rato pressionado;

3. se necessrio, pode adicionar ou apagar vrtices da tubagem clicando com o boto direito do rato e seleccionado a opo apropriada a partir do menu instantneo que mostrado;

4. quando terminar, clique para voltar novamente ao modo de Seleco de Objecto.

2.5 Configurar as Propriedades dos objectos medida que os objectos so adicionados a um projecto, -lhes associado um conjunto de propriedades a que so atribudos valores por defeito. Para modificar o valor de uma propriedade especfica de um objecto, deve editar as suas propriedades na janela do Editor de Propriedades (Figura 2.5). Existem diferentes modos para editar as propriedades de um objecto. Se a janela do Editor de Propriedades j estiver visvel, pode simplesmente clicar sobre o objecto ou seleccion-lo a partir da pgina de Dados da janela de Procura . Se no estiver visvel, pode edit-lo atravs de uma das seguintes aces:

duplo clique sobre o objecto no mapa;

clique com o boto direito do rato sobre o objecto e seleco de Propriedades a partir do menu instantneo que mostrado.

seleccione o objecto a partir da pgina de Dados da janela de

Procura,e clique no boto Editar da mesma janela.

Sempre que a janela do Editor de Propriedades estiver visvel, pode pressionar a tecla F1 para obter a descrio das propriedades listadas no editor.

5 Por defeito, a representao no mapa no est associada ao clculo do comprimento da tubagem, o qual especificado na caixa de Propriedades, como adiante se ver. Assim, para efeitos de modelao, o comprimento da tubagem permanece inalterado mesmo que os ns de incio ou fim sejam deslocados no mapa. Existe, no entanto, a opo de calcular os comprimentos automaticamente a partir da representao no mapa.

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Figura 2.5 Janela do Editor de Propriedades Comece a editar seleccionando o n 2 no Editor de Propriedades, tal como se mostra na figura acima. Introduza a cota e o consumo para este n nos campos apropriados6. Pode utilizar as teclas de direco do teclado ou o rato para se mover entre campos. Basta clicar sobre outro objecto (n ou troo) para visualizar as suas propriedades no editor (pode tambm utilizar as teclas Page Down ou Page Up do teclado para se mover para o objecto seguinte ou anterior do mesmo tipo na pgina de Dados). Deste modo, pode mover-se entre objectos e ir preenchendo ou alterando os campos referentes cota e ao consumo, para os ns, e comprimento, dimetro e rugosidade (factor C), para os troos. Para o reservatrio de nvel fixo, introduza o valor do nvel de gua (213 m) no campo referente a Nvel de gua. Para o RNV, introduza o valor 253 para a cota de fundo, 1.0 para altura de gua inicial, 3.0 para a altura mxima e 9.0 para o dimetro. Para a bomba, necessrio adicionar uma curva caracterstica (H = H(Q))7. Introduza no campo Curva de Bomba o valor 1 como rtulo de ID. Em seguida, crie a Curva de Bomba 1. Na pgina de Dados da janela de Procura, seleccione Curvas a partir da drop down list box e clique no boto

Adicionar . Uma nova curva ser adicionada aos dados do projecto e a caixa de dilogo do Editor de Curva ser mostrada (ver Figura 2.6). Escolha bomba no tipo de curva e introduza um par de valores de caudal (18) e altura de elevao (57.5), na tabela do lado esquerdo. O EPANET cria automaticamente uma curva caracterstica completa a partir do nico ponto fornecido. A equao da curva traduzida graficamente. Clique no boto OK para fechar o editor.

6 Os dados necessrios modelao da rede tambm podem ser introduzidos num ficheiro de texto legvel (extenso .INP), o qual importado para o EPANET de acordo com a instruo Ficheiro >> Importar >> Rede. Consulte o Apndice C - Formato do Ficheiro de Dados para mais detalhes. 7 Em substituio da Curva da Bomba pode fornecer um valor para a propriedade Potncia. Consulte a tabela 6.5 - Propriedades da Bomba para mais detalhes.

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Figura 2.6 Editor de Curva

2.6 Guardar e Abrir Projectos Concluda a fase inicial da modelao de uma rede de distribuio, necessrio guardar o trabalho para um ficheiro:

1. A partir do menu Ficheiro, seleccione a opo Guardar Como.

2. Na caixa de dilogo Guardar Como, seleccione a pasta e introduza o nome do ficheiro em que pretende guardar o projecto. Como sugesto, designe o ficheiro por tutorial.net (a extenso.net ser adicionada ao nome do ficheiro no caso desta no ter sido fornecida).

3. Clique no boto OK para guardar o projecto para o ficheiro. Os dados do projecto so guardados em formato binrio, o qual no legvel a partir de um editor de texto. Se pretender guardar os dados da rede para um ficheiro de texto legvel, seleccione Ficheiro >> Exportar >> Rede. Para abrir o ficheiro do projecto numa prxima sesso, seleccione a opo Abrir a partir do menu Ficheiro.

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2.7 Executar uma Simulao Esttica Nesta fase, dispe-se de informao suficiente para executar uma simulao hidrulica esttica8 (simulao instantnea) da rede-exemplo. Para executar a simulao, seleccione Projecto >> Executar Simulao ou clique no boto

Executar da Barra de Ferramentas Principal (se esta no estiver visvel, seleccione Ver >> Barra de Ferramentas >> Principal, a partir do Menu Principal). Se a simulao no tiver sido bem sucedida, aparecer a janela Relatrio de Estado, indicando o tipo de problema que ocorreu. Se a simulao tiver sido bem sucedida, pode visualizar os resultados atravs de uma grande variedade de modos. Experimente as seguintes possibilidades:

Seleccione presso como grandeza a exibir nos ns, a partir da pgina do Mapa da janela de Procura, e observe como os valores de presso nos ns so mostrados de acordo com um cdigo de cores. Para visualizar a legenda do cdigo de cores, seleccione Ver >> Legendas >> N (ou clique com o boto direito do rato numa zona vazia do mapa e seleccione Legenda do N a partir do menu instantneo). Para mudar as gamas de valores e as cores da legenda, clique com o boto direito do rato sobre a legenda para que seja mostrado o Editor de Legenda.

Edite a janela do Editor de Propriedades (duplo clique em qualquer n ou troo) e verifique como os resultados da simulao so mostrados no fim da lista de propriedades.

Crie uma lista de resultados em tabela, seleccionando Relatrio

>> Tabela (ou fazendo clique no boto tabela da Barra de Ferramentas Principal). A Figura 2.7 mostra uma tabela com os resultados da simulao para os troos. Note que valores de caudal com sinal negativo significam que o escoamento ocorre em sentido contrrio quele inicialmente definido pelo n de incio e de extremidade do troo em causa.

8 A simulao esttica permite reproduzir as caractersticas do sistema simulado para um dado cenrio de consumos, como se dele fornecessem uma fotografia (Alegre, 1999).

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Figura 2.7 Tabela Exemplo de Resultados nos Troos

2.8 Executar uma Simulao Dinmica Para a execuo de uma simulao dinmica9, deve criar-se um Padro Temporal, para representar a variao peridica dos consumos nos ns ao longo do tempo. No caso do exemplo, utilize um padro de 24 horas e um passo de tempo de 6 horas, por forma a fazer variar os consumos quatro vezes ao longo do dia (um passo de tempo de 1 hora mais usual e o valor por defeito no EPANET). O passo de tempo do padro configurado seleccionando Opes e Tempo, a partir da pgina de Dados da janela de Procura. Clique no boto Editar para mostrar a janela de Opes de Tempo (se esta no estiver j visvel) e introduza o valor 6 no campo Passo de Tempo do Padro (tal como se mostra na Figura 2.8 abaixo). Pode ainda fixar a durao total da simulao dinmica. Considere 3 dias como o perodo de simulao (introduza 72 horas no campo Durao Total da Simulao).

Figura 2.8 Opes de tempo

9 Utiliza-se habitualmente o termo simulao dinmica, em modelao de sistemas de distribuio de gua, quando se efectua uma simulao da evoluo do sistema ao longo do tempo, atravs de uma sequncia de solues de equilbrio hidrulico obtidas para sucessivos instantes. O termo dinmica resulta, de neste tipo de modelo, as condies de fronteira seram variveis no tempo (p.ex., variao da altura de gua no RNV, arranque/paragem de um grupo elevatrio) e no por se considerar na equao da dinmica os respectivos termos de inrcia. Por ser uma designao usualmente utilizada na modelao de sistemas de distribuio foi tambm a adoptada neste manual.

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Para criar o padro, seleccione a categoria Padres, a partir da pgina de

Dados da janela de Procura, e clique no boto Adicionar . Um novo padro (por defeito, o Padro1) ser criado e a caixa de dilogo do Editor de Padro mostrada (ver Figura 2.9). Introduza os factores multiplicativos 0.5, 1.3, 1.0, 1.2 para os perodos de tempo de 1 a 4, os quais traduzem o padro com durao de 24 horas. Os factores multiplicativos so utilizados para modificar o consumo, a partir de um valor base, em cada instante de tempo. Uma vez que a simulao tem uma durao total de 72 horas, o padro repetido no incio da cada intervalo de 24 horas.

Figura 2.9 Editor de Padro Agora necessrio associar o Padro 1 propriedade Padro de Consumo para todos os ns da rede. Pode utilizar a caixa de dilogo de Opes de Hidrulica, a partir da pgina de Dados da janela de Procura, para evitar editar individualmente as propriedades de cada n. Se editar a caixa de dilogo de Opes de Hidrulica, na pgina de Dados da janela de Procura, verificar que existe um item designado por Padro por Defeito. Se lhe atribuir o valor 1, tem-se que o Padro de Consumo em cada n ser igual ao Padro 1, desde que nenhum outro padro seja atribudo ao n. Em seguida, execute a simulao (seleccione Projecto >> Executar

Simulao ou clique no boto da Barra de Ferramentas Principal). Para simulaes dinmicas dispe-se de um maior nmero de possibilidades de visualizao dos resultados:

A barra de deslocamento dos controlos de Tempo, na pgina do Mapa da janela de Procura, utilizada para visualizar as caractersticas da rede em diferentes instantes, ao longo do perodo de simulao. Experimente este modo de visualizao dos resultados com a Presso seleccionada como parmetro no n e o Caudal como parmetro no troo.

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Os botes de vdeo, na janela de Procura, permitem fazer uma animao do mapa ao longo do tempo. Clique no boto Para a Frente para comear a animao e no boto Parar para terminar.

Insira setas de direco do escoamento na rede (seleccione Ver >> Opes, seleccione a pgina de Setas de Escoamento, a partir da caixa de dilogo de Opes do Mapa, e verifique o estilo de setas que pretende utilizar). A seguir, comece novamente a animao e observe a mudana de sentido do escoamento na tubagem que liga ao reservatrio, medida que este enche e esvazia ao longo do tempo.

Crie um grfico de uma srie temporal para qualquer n ou troo. Por exemplo, para visualizar o modo como varia a cota piezomtrica no reservatrio com tempo:

1. Clique no reservatrio (RNV).

2. Seleccione Relatrio >> Grfico (ou clique no boto

grfico da barra de Ferramentas Principal) para que seja mostrada a caixa de dilogo de Seleco de Grfico.

3. Seleccione a opo Srie Temporal na caixa de dilogo.

4. Seleccione Carga Hidrulica como parmetro a representar graficamente.

5. Clique no boto OK para aceitar o tipo de grfico que escolheu.

Verifique que o grfico de variao da cota piezomtrica no RNV com o tempo apresenta um andamento peridico (Figura 2.10).

Figura 2.10 Exemplo do Grfico de uma Srie Temporal

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2.9 Executar uma Simulao de Qualidade da gua Em seguida, mostra-se como alargar as possibilidades de simulao da rede exemplo para analisar tambm a qualidade da gua. O caso mais simples seguir o crescimento da idade da gua atravs da rede, ao longo do tempo. Para efectuar esta simulao basta seleccionar a Idade como Parmetro na caixa de dilogo de Opes de Qualidade (seleccione Opes Qualidade a partir da pgina de Dados da janela de Procura e, a seguir, clique no boto Editar para mostrar a janela do Editor de Propriedades). Execute a simulao e seleccione Idade como parmetro a visualizar no mapa. Crie um grfico de variao da Idade da gua com o tempo no reservatrio. Verifique que, ao contrrio da variao do nvel de gua, 72 horas de simulao no tempo suficiente para que se verifique um comportamento peridico da idade da gua no reservatrio. (A condio inicial por defeito comear em todos os ns com idade 0.) Experimente repetir a simulao, fixando 240 horas de durao ou atribuindo uma idade inicial de 60 horas para o reservatrio (introduza 60 como valor de Qualidade Inicial na janela do Editor de Propriedades do reservatrio). Finalmente, mostra-se como simular o transporte e o decaimento do cloro atravs da rede. Faa as seguintes alteraes aos dados de simulao:

1. Seleccione Opes Qualidade para editar a caixa de dilogo a partir da pgina de Dados da janela de Procura. No campo de Parmetro do Editor de Propriedades escreva a palavra Cloro.

2. Mude para Opes Reaces na janela de Procura. Para o Coeficiente de Reaco no Seio do Escoamento introduza o valor 2.5. Este coeficiente traduz a taxa de decaimento do cloro devido a reaces no seio do escoamento ao longo do tempo. Este valor do coeficiente ser atribudo por defeito a todas as tubagens da rede. Pode editar individualmente este valor para cada tubagem, se for necessrio.

3. Clique no n reservatrio de nvel fixo e atribua propriedade Qualidade Inicial o valor 1.0. Esta ser a concentrao de cloro que entra de modo contnuo na rede. (Reponha a qualidade inicial no reservatrio de nvel varivel para 0 se a tiver alterado.)

Execute nova simulao do exemplo. Utilize os Controlos de Tempo, na pgina do Mapa da janela de Procura, para visualizar a variao dos nveis de cloro com a localizao na rede e com o tempo, ao longo da simulao. Verifique que, para o caso desta rede simples, apenas os ns 5, 6 e 7 apresentam nveis de cloro mais reduzidos, uma vez que so abastecidos pelo reservatrio de nvel varivel, o qual fornece gua com baixo teor de cloro. Crie um Relatrio de Reaco para esta simulao, seleccionando Relatrio >> Reaco, a partir da barra de menus principal. O grfico de resultados que se obtm deve ser semelhante quele que se apresenta na Figura 2.11. Este mostra, em termos mdios, a quantidade de cloro perdida nas tubagens, por oposio ao reservatrio de nvel varivel. O decaimento no seio do escoamento refere-se a reaces que ocorrem entre espcies qumicas presentes na gua transportada, enquanto que o decaimento na parede refere-se a reaces que ocorrem na interface com a parede de tubagens ou de reservatrios de nvel varivel (i.e., reaces com o prprio material e/ou com biofilmes existentes na parede interna). Este ltimo parmetro zero porque no se especificou nenhum coeficiente de reaco na parede, para este exemplo.

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Figura 2.11 Exemplo de um Relatrio de Reaco Refira-se que se apresentou de modo superficial as vrias possibilidades oferecidas pelo EPANET. Deste modo, devem ser testados determinados recursos adicionais do programa, nomeadamente:

Editar uma propriedade para um grupo de objectos pertencentes a uma zona definida pelo utilizador.

Utilizar instrues de Controlo para relacionar as condies de operao de uma bomba com o perodo do dia ou com as alturas de gua no reservatrio de nvel varivel.

Explorar as diferentes possibilidades da caixa de dilogo de Opes do Mapa, como seja relacionar o tamanho do n com o respectivo valor.

Inserir uma imagem de fundo (p.ex., uma base cartogrfica ou qualquer outra imagem do tipo bitmap) no esquema da rede.

Criar diferentes tipos de grficos, como sejam grficos de perfil e grficos de isolinhas.

Adicionar dados de calibrao ao projecto e visualizar o relatrio de calibrao.

Copiar o mapa, o grfico, ou o relatrio para o clipboard ou para ficheiro.

Guardar e restaurar um cenrio projectado (p.ex., consumo nodais correntes, valores de rugosidade das tubagens, etc.).

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C A P T U L O 3 - O M O D E L O D A R E D E

Este captulo refere o modo como o EPANET modela os objectos fsicos que constituem um sistema de distribuio de gua, assim como os parmetros operacionais. Os pormenores sobre o modo como este tipo de informao inserida no programa so apresentados em captulos posteriores. Efectua-se tambm uma sntese dos mtodos computacionais que o EPANET utiliza para a modelao do comportamento hidrulico e de qualidade da gua.

3.1 Componentes Fsicos O EPANET modela um sistema de distribuio de gua como sendo um conjunto de troos ligados a ns. Os troos representam as tubagens, bombas e vlvulas de controlo. Os ns representam junes, reservatrios de nvel fixo (RNF) e reservatrios de nvel varivel (RNV). A Figura abaixo ilustra o modo como estes objectos se podem ligar entre si, por forma a constituir uma rede.

Figura 3.1 Componentes Fsicos de um Sistema de Distribuio de gua

Ns Os ns so os pontos da rede onde os troos se ligam entre si e onde a gua entra e sai da rede. Os principais dados de entrada para os ns so:

Cota acima de determinado nvel de referncia (usualmente o nvel mdio das guas do mar)

Consumo10

Qualidade inicial da gua.

Em cada instante da simulao, obtm-se os seguintes resultados para os ns da rede:

carga hidrulica total (nvel de gua no caso de RNF e RNV)

presso (altura piezomtrica)

qualidade da gua.

10 Para efectar consumos aos ns da rede, tendo por base o consumo total instantneo fornecido a uma rede, consultar Alegre, 1986 e Alegre, 1999.

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Os ns podem ainda apresentar as seguintes caractersticas:

apresentar um consumo varivel no tempo

possuir mltiplas categorias de consumo associadas

ter consumos negativos, indicando que h entrada de gua na rede

constituir origens de qualidade da gua, onde os respectivos parmetros de qualidade entram na rede

conter dispositivos emissores do tipo orifcio (p.ex., aspersores), os quais fazem com que o caudal efluente dependa da presso

Reservatrios de Nvel Fixo

Os reservatrios de nvel fixo so ns especiais que representam um volume de armazenamento gua de capacidade ilimitada e carga hidrulica constante. Constituem, assim, origens ou sumidouros de gua externos rede. So utilizados para simular lagos, rios ou aquferos ou, mais frequentemente, ligaes a outros sistemas. Os reservatrios de nvel fixo podem servir tambm como pontos de origem de qualidade da gua. Os principais parmetros a inserir nas propriedades do reservatrio de nvel fixo so o Nvel de gua e, caso se pretenda, a qualidade inicial para simulaes de qualidade da gua. O reservatrio de nvel fixo um ponto de fronteira cujas propriedades so totalmente independentes do funcionamento da rede, o que decorre da sua capacidade ser ilimitada. Assim, a respectiva carga hidrulica e qualidade da gua no podem ser afectadas pelo que se passa dentro da rede. Pelo que os resultados destes parmetros no so alterados durante a simulao. No entanto, o utilizador pode pr-definir, para um reservatrio de nvel fixo, que a carga hidrulica seja varivel no tempo, associando-lhe um padro temporal (ver Padres Temporais abaixo). O mesmo pode ser feito para as respectivas caractersticas de qualidade da gua, atravs da propriedade Origem de Qualidade.

Reservatrios de Nvel Varivel Os reservatrios de nvel varivel so tambm ns especiais da rede, possuindo uma capacidade de armazenamento limitada e podendo o volume de gua armazenada variar ao longo da simulao. Um reservatrio de nvel varivel definido pelas seguintes propriedades principais:

cota do fundo (onde a altura de gua zero)

dimetro (ou curva de volume, se a forma no for cilndrica)

altura de gua mnima (altura de soleira)

altura de gua mxima

altura de gua inicial para o cenrio a simular

qualidade da gua inicial.

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A definio das alturas de gua acima indicadas faz-se em relao ao ponto para o qual se indicou a cota do fundo do reservatrio de nvel varivel. Notar que se pode utilizar, em substituio desta ltima, a cota do terreno, sendo que nesse caso ter de se indicar as alturas de gua medidas em relao ao terreno.

Os principais resultados produzidos pela simulao ao longo do tempo so:

carga hidrulica (nvel de gua)

qualidade da gua.

Os reservatrios de nvel varivel so modelados para operar entre as alturas de gua mnima e mxima. O EPANET interrompe a sada ou entrada de caudal do reservatrios de nvel varivel se for atingida a altura de gua mnima ou mxima, respectivamente. Os reservatrios de nvel varivel podem servir tambm como pontos de origem de qualidade da gua.

Dispositivos emissores do tipo orifcio Os dispositivos emissores esto associados a ns que modelam o escoamento atravs de orifcios ou agulhetas com descarga directa para a atmosfera. O caudal atravs destes dispositivos varia em funo da presso no n, de acordo com uma lei de vazo do tipo:

pCq =

onde q = caudal, p = presso, C = coeficiente de vazo e = expoente do emissor. Para orifcios e agulhetas, o parmetro igual a 0.5. Os fabricantes fornecem, usualmente, o valor do coeficiente de vazo em unidades de caudal para uma queda de presso unitria (p.ex., l/min, p=1 bar).. Os dispositivos emissores so utilizados para modelar o escoamento em sistemas com aspersores e em redes de rega11. Estes dispositivos tambm podem ser utilizados para simular perdas em tubagens (se o coeficiente de vazo e o exponente da presso, para a fuga na junta ou fissura poderem ser estimados) ou modelar o caudal de combate a incndio num n (o caudal disponvel nos pontos de presso mnima da rede). No ltimo caso, utiliza-se um valor muito elevado para o coeficiente de vazo e adiciona-se cota do terreno a presso mnima requerida (m.c.a.) para combate a incndio. O EPANET modela os dispositivos emissores como sendo uma propriedade do n e no como um componente separado.

Tubagens As tubagens so troos que transportam gua entre os vrios pontos da rede. O EPANET considera que o escoamento ocorre em presso em todas as tubagens, ao longo da simulao. O escoamento ocorre dos pontos com carga hidrulica

11 Os dispositivos do tipo emissor so modelados atravs de uma tubagem fictcia que liga o n a um reservatrio fictcio. Se pretender obter o caudal num emissor emissor cuja descarga se realiza para a atmosfera, o nvel de gua no reservatrio fictcio igual cota do n. Se pretende obter o caudal para uma presso particular, deve configurar o coeficiente de vazo do dispositivo e adicionar ao nvel no reservatrio fictcio a altura piezomtrica requerida.

24

mais elevada (energia interna por unidade de peso de fluido) para os pontos com carga hidrulica mais baixa. Os principais parmetros a inserir nas propriedades das tubagens so:

n inicial e final

dimetro

comprimento

coeficiente de rugosidade12 (para determinar a perda de carga)

estado (aberto, fechado ou contendo uma vlvula de reteno ). A opo Estado permite que, de modo indirecto, a tubagem contenha uma vlvula de seccionamento ou uma vlvula de reteno13 (VR), que permite que o escoamento na tubagem se processe apenas num sentido. No caso de uma tubagem, os dados a inserir para uma simulao de qualidade da gua so os seguintes:

coeficiente de reaco no seio do escoamento

coeficiente de reaco na tubagem.

Estes coeficientes so descritos detalhadamente na seco 3.4 abaixo. Em resultado da simulao, obtm-se as seguintes grandezas relativas s tubagens:

caudal

velocidade

perda de carga (por 1000 metros ( ou ps) de tubagem)

factor de resistncia ou factor de Darcy-Weisbach

valor mdio da taxa de reaco para o parmetro de qualidade da gua simulado (ao longo da tubagem)

concentrao mdia do parmetro de qualidade da gua simulado (ao longo da tubagem).

A perda de carga hidrulica na tubagem, em consequncia do trabalho realizado pelas foras resistentes, pode ser determinada de acordo com uma das seguintes frmulas:

frmula de Hazen-Williams

frmula de Darcy-Weisbach

frmula de Chezy-Manning

12 Os factores de rugosidade ou de resistncia (C, , n) so coeficientes empricos tabelados que exprimem o efeito da rugosidade do material no clculo da perda de carga contnua de modo distinto. A rugosidade absoluta, (mm ou mft), e o coeficiente de Manning n (adimensional) permitem medir a rugosidade directamente. O coeficiente da frmula de Hazen-Williams relaciona-se com a rugosidade de modo inverso, sendo tanto mais elevado quanto menor for a rugosidade do material. 13 De acordo com Baptista (1986) apresentam-se como exemplo de vlvulas de seccionamento as de cunha, borboleta, globo, esfera, macho, tanque e flutuador e como exemplos de vlvulas de reteno as de charneira, bola, disco guiado, de membrana e de p.

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A frmula de Hazen-Williams uma das mais utilizadas para o clculo da perda de carga. No pode ser utilizada para outros lquidos, seno a gua e foi inicialmente desenvolvida apenas para escoamento turbulento. A frmula de Darcy-Weisbach teoricamente a mais correcta. aplicvel a todos os regimes de escoamento e a todos os lquidos. A frmula de Chezy-Manning utilizada usualmente em escoamentos em superfcie livre. As frmulas referidas anteriormente baseiam-se na seguinte expresso, para calcular a perda de carga contnua entre o n inicial e final da tubagem:

BL Aqh =

onde hL = perda de carga (Comprimento), q = caudal (Volume/Tempo), A = termo de perda de carga, e B = expoente do caudal. A tabela 3.1 apresenta para cada frmula as expresses para o termo de perda de carga e os valores para o expoente do caudal. Cada frmula utiliza um coeficiente diferente, os quais so determinados empiricamente. A tabela 3.2 apresenta os intervalos de variao dos diferentes coeficientes, consoante o tipo de material de tubagem, considerando que esta nova. No entanto, tenha presente que o valor dos coeficientes das frmulas de perda de carga podem alterar-se significativamente com a idade da tubagem.

Adoptando a frmula de Darcy-Weisbach, o EPANET utiliza diferentes mtodos para calcular o factor de resistncia (f), consoante o regime de escoamento:

A frmula de Hagen-Poiseuille, para regime laminar (Re < 2000).

A frmula de Swamee e Jain, como aproximao da frmula de Colebrook-White, para escoamento turbulento rugoso (Re > 4000).

Uma interpolao cbica, a partir do baco de Moody, para o escoamento turbulento de transio (2000 < Re < 4000).

Consulte o Anexo D para conhecer as diferentes formulaes utilizadas para o clculo do factor de Darcy-Weisbach.

Tabela 3.1 Frmulas para o Clculo da Perda de Carga Contnua em Escoamentos em Presso (sistema SI)

Frmula

Termo de Perda de Carga (A)

Expoente do caudal (B)

Hazen-Williams 10.674 C-1.852 d-4.871 L 1.852

Darcy-Weisbach 0.0827 f(,d,q)d-5L 2

Chezy-Manning 10.294 n2 d-5.33 L 2

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Notas: C = coeficiente da frmula de Hazen-Williams = rugosidade absoluta (ou rugosidade de Darcy-Weisbach) (mm) f = factor de Darcy-Weisbach (depende de , d e q) n = coeficiente de rugosidade de Manning d = dimetro da tubagem (m) L = comprimento da tubagem (m) q = caudal (m3/s)

Tabela 3.2 Coeficientes das Frmulas de Perda de Carga para Tubagens

Novas14

Material C, Hazen-Williams (adimensional)

, Darcy-Weisbach (mm)

n, Manning (adimensional)

ferro fundido 130 140 0.25 0.012 - 0.015 Beto ou com revestimento de beto

120 140 0.3 - 3 0.012 - 0.017

Ferro galvanizado

120 0.15 0.015 - 0.017

Plstico 140 150 0.0015 0.011 - 0.015 Ao 140 150 0.03 0.015 - 0.017 grs 110 0.3 0.013 - 0.015

As tubagens podem estar abertas ou fechadas em determinados perodos da simulao ou quando ocorrem determinadas condies especficas de operao, tais como, quando a altura de gua no reservatrio de nvel varivel atinge determinados valores ou quando a presso num n est abaixo ou acima de certo valor. Consulte o tema Controlos na seco 3.2.

Perdas de carga singulares As perdas de carga singulares (tambm designadas perdas de carga localizadas) so causadas pelo aumento da turbulncia devido existncia de curvas, alargamentos e estreitamentos. A importncia de incluir tais perdas na simulao depende da topologia da rede e do grau de exactido pretendido. Estas podem ser consideradas associando tubagem um coeficiente de perda de carga singular. A perda de carga singular traduzida pelo produto deste coeficiente pela altura cintica do escoamento de acordo com a seguinte expresso:

=

gvKhL 2

2

onde K = coeficiente de perda de carga singular, v = velocidade do escoamento (Comprimento/Tempo) e g = acelerao da gravidade (Comprimento/Tempo2).

14 Consultar Quintela, 1981 e Lencastre, 1996

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A tabela 3.3 fornece os valores do coeficiente de perda de carga singular para diferentes tipos de singularidades15.

Tabela 3.3 Valores do coeficiente de perda de carga singular para diferentes tipos de singularidades

SINGULARIDADE16 COEFICIENTE DE

PERDA DE CARGA Vlvula de globo, abertura completa 10.0 Vlvula de ngulo, abertura completa

5.0

Vlvula de reteno de batente, abertura completa

2.5

Vlvula de cunha, abertura completa

0.2

Curva a 90 (raio pequeno) 0.9 Curva a 90 (raio mdio) 0.8 Curva a 90 (raio grande) 0.6 Curva a 45 0.4 Curva de retorno 2.2 T standard escoamento na linha 0.6 T standard escoamento linha ramal

1.8

Entrada em aresta viva (reservatrio tubagem)

0.5

Entrada em aresta viva (tubagem reservatrio)

1.0

Bombas As bombas so troos da rede que transferem energia para o escoamento, aumentando a sua carga hidrulica. Os principais dados a inserir no programa, relativos bomba, so os ns inicial e final e a curva da bomba (combinao de valores de carga hidrulica e caudal que definem a curva de funcionamento). Em vez da curva caracterstica, a bomba pode ser representada por um parmetro que fornea um valor constante de energia (horsepower (hp), quilowatt (kW)) ao escoamento, para todas as combinaes de caudal e carga hidrulica. Os principais resultados produzidos pela simulao so o caudal bombeado e a altura de elevao. O escoamento atravs da bomba unidireccional. A velocidade de rotao da bomba pode ser varivel se a propriedade Regulao de Velocidade for alterada, por forma a reflectir tais condies de

15 Estes devem ser encarados como valores indicativos, uma vez que o coeficiente K depende da geometria da singularidade, do nmero de Reynolds e, em alguns casos, de determinadas condies de escoamento (Quintela, 1981), devendo ser analisado caso a caso. 16 Para mais tipos de singularidades consultar Quintela, 1981 e Lencastre, 1996

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operao. Por defeito, a curva da bomba traada inicialmente pelo programa considera que a Regulao de Velocidade unitria. Se a velocidade de rotao duplicar, deve associar-se propriedade apresentada o valor 2; se a velocidade de rotao for reduzida para metade, deve ser atribudo o valor 0.5 e, assim, sucessivamente. Note que, se mudar a velocidade de rotao da bomba, altera a respectiva curva caracterstica e as condies ptimas de funcionamento da bomba. Tal como as tubagens, as bombas podem ser ligadas ou desligadas em determinados perodos de tempo ou quando ocorrem determinadas condies de operao na rede. As condies de operao da bomba podem ser descritas associando-lhe um padro temporal relativo variao da Regulao de Velocidade. O EPANET tambm pode determinar o consumo de energia e o custo de bombeamento. A cada bomba pode ser associada uma curva de rendimento do grupo electrobomba e uma tabela de preos de energia. Se esta informao de detalhe no for fornecida podem definir-se valores globais, a partir da caixa de dilogo de Opes de Energia, na pgina de Dados da janela de Procura. O escoamento atravs de uma bomba unidireccional. Se as condies de operao do sistema exigirem maior carga hidrulica do que aquela que pode ser fornecida ao escoamento pela bomba, o programa desliga a bomba. Se for necessrio um caudal superior ao valor mximo, o EPANET extrapola a curva caracterstica da bomba para o caudal pretendido, mesmo que se obtenha uma carga hidrulica negativa. Em ambos as situaes, uma mensagem de aviso mostrada.

Vlvulas As vlvulas so troos que limitam a presso ou o caudal num ponto particular da rede. Os principais dados de simulao a introduzir so:

ns inicial e final

dimetro

parmetro de controlo na vlvula

estado. Os principais resultados produzidos pela simulao so o caudal e a perda de carga. Os principais tipos de vlvulas modelados pelo EPANET so:

Vlvula de Controlo da Presso a Jusante ou Vlvula Redutora de Presso, VRP (Pressure Reducing Valve, PRV)

Vlvula de Controlo da Presso a Montante ou Vlvula de Alvio, VA (Pressure Sustaining Valve, PSV)

Vlvula de Perda de Carga Fixa, VPCF (Pressure Breaker Valve, PBV)

Vlvula Reguladora de Caudal, VRC (Flow Control Valve, FCV)

Vlvula de Controlo de Perda de Carga ou Vlvula de Borboleta, VB (Throttle Control Valve, TCV)

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Vlvula Genrica, VG (General Purpose Valve, GPV)

As Vlvulas Redutoras de Presso (VRP) limitam a presso de sada na vlvula num determinado ponto da rede. O EPANET simula as seguintes situaes de funcionamento para este tipo de vlvula:

parcialmente aberta (i.e., activa), para que a presso a jusante seja igual a um valor pr-definido, quando a presso a montante superior a este valor

completamente aberta, se a presso a montante est abaixo do valor pr-definido

fechada, se a presso a jusante excede a presso a montante, no permitindo que o sentido do escoamento inverta (neste caso funciona como vlvula de reteno).

As Vlvulas de Alvio (VA) mantm o valor da presso de entrada na vlvula, num determinado ponto da rede. O EPANET simula as seguintes situaes de funcionamento para este tipo de vlvula:

parcialmente aberta, (i.e., activa) para que a presso a montante seja igual a um valor pr-definido, quando a presso a jusante est abaixo deste valor

completamente aberta, se a presso a jusante superior ao valor pr-definido

fechada, se a presso a jusante excede a presso a montante, no permitindo que o sentido do escoamento inverta (neste caso funciona como vlvula de reteno).

As Vlvulas de Perda de Carga Fixa (VPCF) provocam uma perda de carga fixa na vlvula. O escoamento atravs da vlvula pode ocorrer em qualquer sentido. Este tipo de vlvulas no constitui um componente fsico da rede, no entanto pode ser utilizado para modelar situaes em que existe uma perda de carga fixa que conhecida. As Vlvulas Reguladoras de Caudal (VRC) limitam o valor do caudal. O programa emite uma mensagem de aviso se o caudal no puder ser mantido sem que haja um aumento da carga hidrulica na vlvula (i.e., mesmo quando o caudal no pode ser mantido com a vlvula completamente aberta). As Vlvulas de Borboleta (VB)simulam vlvulas parcialmente fechadas, ajustando o coeficiente de perda de carga singular da vlvula. A relao entre o grau de fechamento da vlvula e o correspondente coeficiente de perda de carga singular fornecida usualmente pelo fabricante da vlvula. As Vlvulas Genricas (VG) so utilizadas para representar um troo com uma lei de escoamento especial, diferente das expresses utilizadas para os restantes elementos j apresentados. Podem ser utilizadas para simular turbinas, o escoamento em poos ou vlvulas de reteno de caudal reduzido. As vlvulas de seccionamento e as vlvulas de reteno, que podem ser modeladas como estando completamente abertas ou fechadas, no so consideradas como elementos separados das tubagens, mas sim como uma propriedade da tubagem onde se localizam.

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Cada tipo de vlvula caracterizado por um parmetro de controlo diferente que descreve o ponto de operao desta (presso para as VRP, VA e VPCF; caudal para as VRC; coeficiente de perda de carga singular para as VB e curva de perda de carga para as VG). As instrues de controlo das vlvulas podem ser anuladas se for especificado na propriedade Estado Fixo que est aberta ou fechada. O estado da vlvula e as respectivas condies de operao podem ser alteradas durante a simulao utilizando a opo Controlos. Devido ao modo como as vlvulas so modeladas, deve ter-se em ateno as seguintes regras quando se insere novas vlvulas na rede:

uma VRP, VA ou VRC no pode ser ligada directamente a um reservatrio de nvel fixo ou a um reservatrio de nvel varivel (utilize sempre uma determinada extenso de tubagem para separar os dois componentes)

duas VRPs no podem partilhar a mesma tubagem de jusante nem podem estar ligadas em srie

duas VAs no podem partilhar a mesma tubagem de montante nem podem estar ligadas em srie

uma VA no pode ser ligada ao n de jusante de uma VRP.

3.2 Componentes no Fsicos Adicionalmente aos componentes fsicos, o EPANET permite definir trs categorias de informao sobre a rede: curvas, padres e controlos, que descrevem o comportamento e os aspectos operacionais de um sistema de distribuio de gua.

Curvas As curvas so objectos que contm pares de dados representando uma relao entre duas grandezas. Dois ou mais componentes podem partilhar a mesma curva. Um modelo simulado a partir do EPANET pode utilizar os seguintes tipos de curvas:

Curva da Bomba

Curva de rendimento

Curva de volume

Curva de Perda de Carga Curva da Bomba A Curva da Bomba representa uma relao entre a altura de elevao e o caudal, definindo as condies de funcionamento desta, para uma velocidade de rotao nominal. A altura de elevao representa a energia fornecida ao escoamento pela bomba e representada no eixo das ordenadas da curva em metros (ps). O caudal representado no eixo das abcissas, nas unidades respectivas a esta grandeza. Uma curva da bomba vlida deve apresentar alturas de elevao decrescentes com o aumento do caudal.

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O EPANET define uma forma diferente para a curva da bomba consoante o nmero de pontos fornecidos (ver Figura 3.2):

Figura 3.2 Exemplo de curvas de bombas

Curva com um ponto - Para se definir uma curva com um ponto basta fornecer um nico par de valores decaudal altura de elevao, referente ao ponto ptimo de funcionamento da bomba. O EPANET adiciona automaticamente dois pontos curva, estabelecendo que a bomba desligada para um caudal nulo, correspondente a uma carga que 133% da carga nominal e que o caudal mximo, para uma altura de elevao nula, duplo do caudal nominal. Deste modo, a curva traada como uma curva com trs pontos. Curva com trs pontos - Para se definir uma curva deste tipo necessrio fornecer trs pontos de operao: ponto de Caudal Mnimo (caudal e carga para o ponto de caudal nulo ou mnimo), ponto de Caudal Nominal (caudal e carga para o ponto ptimo de funcionamento), ponto de Caudal Mximo (caudal e a carga para o ponto de caudal mximo). O EPANET ajusta uma funo contnua do tipo

CG BqAh =

aos trs pontos fornecidos, por forma a definir a curva completa da bomba. Nesta funo tem-se que hg = altura de elevao, q = caudal e A, B e C so constantes.

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Curva com mltiplos pontos - Uma curva deste tipo definida se forem fornecidos quatro ou mais pontos com valores de caudal altura de elevao. O EPANET cria uma curva completa ligando os vrios pontos entre si por segmentos de recta. Para bombas com o nmero de rotaes varivel, a curva da bomba altera-se consoante o valor da propriedade regulao de velocidade. Os valores de caudal (Q) e de altura de elevao (H) relacionam-se com as respectivas velocidades de rotao N1 e N2 de acordo com as seguintes expresses:

2

1

2

1

NN

QQ

= 2

2

1

2

1

=

NN

HH

Para associar a uma Bomba a respectiva curva caracterstica, deve indicar o ID da curva na propriedade Curva da Bomba. Curva de Rendimento Uma curva deste tipo relaciona o rendimento do grupo (eixo das ordenadas em percentagem) com o caudal bombeado (eixo das abcissas em unidades de Caudal). Um exemplo de curva de rendimento mostrado na Figura 3.3. Esta curva deve representar o rendimento do grupo electrobomba que tem em conta, quer as perdas mecnicas na prpria bomba, quer as perdas elctricas no motor desta. A curva utilizada apenas para clculos energticos. Se esta curva no for fornecida para uma bomba especfica deve fixar-se um valor global constante para o rendimento, atravs do editor de Opes de Energia. Para associar a uma Bomba a respectiva curva de rendimento, deve indicar o ID da curva na propriedade Curva de Rendimento.

Figura 3.3 Curva de Rendimento da Bomba

Curva de Volume Uma curva de volume determina o modo como o volume de gua armazenado num reservatrio de nvel varivel (eixo das ordenadas em unidades de volume) varia com a altura de gua (eixo das abcissas em unidades de comprimento). Utiliza-se quando necessrio representar com exactido reservatrios de nvel

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varivel, para os quais a respectiva seco transversal varia com a altura. As alturas de gua mnima e mxima fornecidas pela curva devem conter os valores mnimos e mximos para os quais o reservatrio de nvel varivel opera. Mostra-se abaixo um exemplo de uma curva de volume de um reservatrio de nvel varivel. Para associar a um Reservatrio de Nvel Varivel a respectiva curva de volume, deve indicar o ID da curva na propriedade Curva de volume.

Figura 3.4 Curva de volume do Reservatrio de Nvel Varivel Curva de Perda de Carga A Curva de Perda de Carga utilizada para descrever a perda de carga (eixo das ordenadas em unidades de comprimento), atravs de uma Vlvula Genrica (VG), em funo do caudal (eixo das abcissas em unidades de Caudal). Permite modelar dispositivos e situaes com uma relao perda de carga - caudal especfica, tais como vlvulas de reteno de caudal reduzido, turbinas e o escoamento em poos. Para associar a uma Vlvula Genrica a respectiva curva de perda de carga, deve indicar o ID da curva na propriedade Parmetro de Controlo na Vlvula.

Padres Temporais Um Padro Temporal constitudo por um conjunto de factores multiplicativos que podem ser aplicados ao valor de uma determinada grandeza, por forma a traduzir a sua variao no tempo. O consumo nodal, a carga hidrulica num reservatrio de nvel fixo, os esquemas de bombeamento e a entrada de um parmetro de qualidade da gua na rede podem estar associados a um padro temporal. O passo de tempo do padro utilizado em todos os padres assume um valor fixo (mesmo que as grandezas sejam diferentes), que definido a partir do editor de Opes de Tempo na janela de Procura (ver seco 8.1). Em cada passo de tempo, o valor da grandeza mantm-se constante, igual ao

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produto do seu valor nominal pelo factor multiplicativo do padro respectivo a esse passo de tempo. Embora todos os padres temporais tenham que utilizar o mesmo passo de tempo, cada um pode apresentar um nmero diferente de passos de tempo. Quando o tempo de simulao excede o nmero de passos de tempo de um padro, o padro temporal reiniciado. Como exemplo de como utilizar um padro temporal, considere um n que apresenta um consumo mdio de 1.2 l/s17. Assuma que o passo de tempo do padro de 4 horas e que um padro com os seguintes factores multiplicativos foi especificado para o consumo no n.

Perodo 1 2 3 4 5 6 factor multiplicativo 0.5 0.8 1.0 1.2 0.9 0.7

Deste modo, durante a simulao, o padro de consumo aplicado a este n do seguinte tipo: Horas 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-28 Consumo 0.6 0.96 1.2 1.44 1.08 0.84 0.6

Controlos Os Controlos so um conjunto de instrues que estabelecem o modo como a rede opera ao longo do tempo. Estes especificam o estado dos troos seleccionados em funo do tempo, alturas de gua num reservatrio de nvel varivel e valores de presso em pontos especficos da rede. Existem duas categorias de controlos que podem ser utilizadas:

Controlos Simples

Controlos com Condies Mltiplas

Controlos Simples Os controlos simples alteram o estado ou as propriedades de um troo com base nos seguintes parmetros:

altura de gua num reservatrio de nvel varivel,

presso num n,

instante de simulao,

instante do dia. As instrues podem ser escritas num dos seguintes formatos:

LINK x status I