XII Simposio Iberoamericano sobre planificacin de sistemas de abastecimiento y drenaje

EPANET-IRRIG: APRESENTAO DE NOVAS FUNCIONALIDADES PARA O EPANET VOLTADAS AO DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS

DE IRRIGAO

Kennedy Flvio Meira de Lucena (1)

(1) Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Paraba IFPB, Avenida 1 de Maio, 720 Jaguaribe Joo Pessoa (PB), kennedyflavio@yahoo.com.br

RESUMEN

Los sistemas de riego a presin, particularmente los fijos, requieren una alta inversin inicial en compra de

componentes de la extensa red de tuberas y accesorios. Por otra parte, dependiendo de las demandas de

evapotranspiracin, el bombeo puede convertirse en un factor de costo operativo de inviabilidad econmica.

Por lo tanto, el diseo que tiene en cuenta la optimizacin de los costes es un desafo para los investigadores.

Herramientas computacionales pueden ayudar a la hora de desarrollar alternativas tcnica y econmicamente

viable. Sin embargo, el uso de estas tecnologas ha sido muy comn en el sector del distribucin de agua,

donde el EPANET es un punto de referencia en trminos de simulacin hidrulica. Varias propuestas de

mejora al EPANET ya se han implementado, pero siempre orientados a sistemas de distribucin de agua.

Observando esta brecha se presenta el modelo computacional llamado EPANET-IRRIG versin 1.0, que es

una mejora del software EPANET 2.0, en el que se incluyeron nuevas caractersticas con el fin de ayudar al

diseo y evaluacin hidrulico-econmica de las redes de riego. Los resultados obtenidos a partir de la

EPANET-IRRIG ya permiten la fiabilidad del usuario para el diseo y el rendimiento de los sistemas de

riego, por goteo y micro aspersin. El mdulo de interfaz mejorada permite a las grandes redes de riego con

numerosos puntos emisores pueden ser ms fciles de modelar. El anlisis de la viabilidad econmica del

proyecto se hace posible con los clculos del coste de la red de riego y la electricidad, lo que permite un

anlisis ms cuidadoso del diseo. Un mdulo de optimizacin se debe incorporar en el paso futuro el

EPANET-IRRIG.

Palabras clave: sistemas de riego, diseo, anlisis econmico, EPANET-IRRIG.

ABSTRACT

Pressurized irrigation systems, particularly the fixed, require high initial investment in purchase of

components from the extensive network of pipes and accessories. Furthermore, depending on the demands

of evapotranspiration, pumping can become operational cost a factor of economic infeasibility. Therefore, we seek to design a design technique that considers the optimization of these costs. Computational tools can

assist the designer in developing alternatives technically and economically viable. However, the use of these

technologies has been very common in the sector of water supply, where the EPANET is a benchmark in

terms of hydraulic simulation. Several proposals for improvement to the EPANET already been

implemented, but always aimed to supply systems. Noting this gap we present the computational model

called EPANET-IRRIG version 1.0, which is an improvement of the software EPANET 2.0, in which new

features were included in order to assist the design and performance of hydraulic-economic irrigation

networks. The results obtained from the EPANET-IRRIG already allow the user reliability for the design and

performance of irrigation systems, drip and micro sprinkler. The improved interface module enables

extensive irrigation networks with numerous points emitters can be more easily modeled. The analysis of the

economic viability of the project becomes possible with the calculations of the cost of the irrigation network

and electricity, thus allowing a more careful analysis of the design. An optimization module should be

incorporated in the future step in the EPANET-IRRIG.

Keywords: irrigation systems, design, economic analysis, EPANET-IRRIG.

INTRODUO

A irrigao tornou-se indispensvel na garantia da

segurana alimentar do planeta. O planejamento das

colheitas e elevada produtividade so mais facilmente

obtidas graas s tcnicas de irrigao, o que

possibilita menos riscos econmicos na produo.

No Brasil o setor agrcola merece destaque e, em

termos de consumo de gua doce, o setor

responsvel por aproximadamente 70% da totalidade

da gua usada. Mesmo sendo um pas com

abundncia hdrica, algumas regies apresentam

escassez, sendo de grande relevncia a obteno de

estratgias que visem economia desse recurso.

A irrigao um grande usurio de gua e se for mal

conduzida alm de promover elevados ndices de

perdas de gua tem implicaes srias do ponto de

vista ambiental e econmico. Dentre as medidas

eficazes para reduzir o elevado consumo de gua na

irrigao tem-se a aplicao de tcnicas modernas de

conduo, distribuio e aplicao da gua. Os

sistemas de gotejamento e de microasperso,

destacam-se por promoverem um uso mais racional

da gua, o que proporcionado pelo maior controle

na distribuio dgua ao longo da rede, porm tem elevados custos de implantao.

Projetos de irrigao eficientes necessariamente

exigem dimensionamentos hidrulicos mais

criteriosos dos sistemas. No dimensionamento de

sistemas de irrigao pressurizados, a definio do

layout um dos aspectos que afeta os custos do

projeto e deve ser definido conjuntamente ao

dimensionamento da rede hidrulica (LUCENA,

2003). O dimensionamento hidrulico permite

inmeras possibilidades de configuraes de redes

que atendem s restries fsicas do problema. No

entanto, o dimensionamento deve atender todas

restries e promover a otimizao econmica.

Em funo dos layouts dos sistemas de irrigao,

normalmente, o dimensionamento e operao se

tornam menos complexos que em sistemas

abastecimento urbano. Podem ser citadas como as

principais diferenciaes entre esses sistemas: as

redes de irrigao so na sua grande maioria

ramificadas; a topografia mais homognea; as

demandas instantneas so praticamente invariveis;

no permitem grandes variaes nas vazes dos

emissores; presenciam pouca variabilidade

operacional e menos incertezas nos processos

hidrulicos (LUCENA, 2005).

Devido ao elevado consumo de gua e ao

requerimento de presses, a operao dos sistemas

de irrigao exige grande quantidade de energia com

bombeamento, que pode tornar os custos

operacionais maiores at que os custos fixos.

objeto de pesquisa a busca por dimensionamentos de

redes hidrulicas para irrigao com a combinao

entre custos fixos e variveis, mais vivel tcnica e

economicamente.

De acordo com Lucena (2005) o principal ponto

objetivo hidrulico dos sistemas de irrigao o

principal a uniformidade na distribuio d gua.

Esse objetivo depender de dois fatores principais:

da variao de presso na rede, provocada pelas

perdas de carga nas tubulaes e pela topografia da

rea, e, pela qualidade dos emissores (aspersores,

microaspersores, gotejadores e outros). Esses fatores

influenciaro diretamente nos custos dos sistemas,

pois quanto maior a uniformidade de distribuio da

gua maior o custo do sistema.

Diversos trabalhos com nfase no dimensionamento

econmico de redes hidrulicas foram

desenvolvidos, visando solues mais precisas e

eficientes computacionalmente. Dentre estes podem-

se citar os estudos de Alperovitz e Shamir (1977)

com a programao linear, Gessler e Walski (1985)

usaram a enumerao exaustiva, (Granados, 1986)

aplicou a programao dinmica, Cirilo (1997) e

Lucena (2003) usaram a programao no linear.

Os modelos computacionais para a anlise e

dimensionamento de redes hidrulicas tem sido uma

ferramenta essencial para pesquisadores e tcnicos

que atuam na rea de sistemas de abastecimento de

gua, podendo-se exemplificar o uso do EPANET

(Rossman, 2002). Este software de uso livre e

evidencia grande visibilidade e aceitabilidade no

setor de abastecimento, para o qual foi

prioritariamente desenvolvido. Em se tratando de

redes hidrulicas o EPANET tambm tem

aplicabilidade para sistemas de irrigao. No

entanto, no se tem presenciado esse tipo de

aplicao, o que poderia ser justificado pela ausncia

de ferramentas prprias ao dimensionamento desses

sistemas.

O objetivo deste trabalho propor uma verso

aprimorada do EPANET para auxiliar no

dimensionamento e avaliao de sistemas de

irrigao, denominada EPANET-IRRIG. Nesta

verso apresenta-se a incorporao ao EPANET de

novas funcionalidades para o dimensionamento

hidrulico, a anlise de performance e o clculo de

custos dos sistemas.

CONSIDERAES SOBRE O

DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE

IRRIGAO

Os sistemas de irrigao so projetados na sua

maioria em redes ramificadas, em funo das

particularidades operacionais e, principalmente, por

questes econmicas. Uma das caractersticas dos

sistemas de microirrigao ou localizados a

necessidade de uma extensa rede de tubulaes para

cobrir toda rea irrigada. Esse aspecto impe aos

mesmos um elevado custo de investimento com

emissores, tubulaes, sistema de tratamento de

gua, entre outros.

Uma das variveis que mais afeta o

dimensionamento a definio da configurao

topolgica do sistema, ou seja, a sua forma e a

diviso da rede em unidades operacionais (Lucena,

2003). Porm, na maioria das situaes a topologia

do sistema imposta pela topografia do terreno.

Uma estratgia de projeto apontada por muitos

pesquisadores para a reduo dos custos desses

sistemas a diviso da rea em subunidades e a

operao do sistema em unidades operacionais

(Keller e Bliesner, 1990; Lucena, 2003). Embora os

custos de implantao sejam os mais importantes

para elaborao do projeto desses sistemas cada

vez maior a ateno dada aos custos energticos, que

podem reduzir ou at inviabilizar o empreendimento.

A busca da melhor concepo de projeto complexa

por envolver inmeras variveis de deciso,

objetivos conflitantes como o custo da rede e o custo

energtico, no linearidade dos fenmenos e o

elevado nmero de possibilidades de solues de

projeto, esses fatores convergem para a necessidade

do desenvolvimento de modelos computacionais.

Dentre as principais variveis de interesse para o

dimensionamento dos sistemas de microirrigao

destacam-se: o lay out ou topologia da rede, o

nmero de subunidades; o nmero de unidades

operacionais, os comprimentos e dimetros de

tubulaes, a presso mdia de operao dos

emissores na subunidade, os tempos e horrios de

operao e espaamento entre emissores (LUCENA,

2005).

Hidraulicamente, o dimensionamento de um sistema

de irrigao tem como objetivo principal a

distribuio da gua o mais uniforme possvel ao

longo de toda a rea irrigada. A uniformidade de

distribuio ou de emisso est diretamente

relacionada s variaes de presso nas subunidades

e s caractersticas de fabricao do emissor quando

novo e as alteraes funcionais provocadas com o

uso.

Muitos trabalhos foram desenvolvidos com o

objetivo de obter o melhor desempenho hidrulico

dos sistemas de irrigao, de modo que os clculos

sejam mais precisos e explcitos, a exemplo do

clculo das perdas de carga nas tubulaes que

possibilita o conhecimento da linha de energia e

consequentemente uma maior certeza na estimativa

da uniformidade de emisso (Lucena, 2000 e 2002;

Ravikumar et al., 2003; Valiantzas, 2003). Outra

abordagem da pesquisa cientfica aplicada o

desenvolvimento de modelos que melhorem a

performance da otimizao econmica do sistemas

de irrigao (LUCENA et al., 2000 e 2001; AJAI

SINGH et al., 2000).

Dandy e Hassanli (1996) desenvolveram um modelo

para o dimensionamento e operao timos de

sistemas por gotejamento que considerou vrias

possibilidades de diviso do sistema em subunidade

e unidades operacionais e obteve o custo mnimo de

cada alternativa de rede. A tcnica empregada foi a

enumerao exaustiva e o modelo aplicvel reas

retangulares e em nvel. Holzapfel et al. (1990),

Saad e Frizzone (1996), Saad e Mario (2002)

utilizaram a programao no linear no

dimensionamento de sistemas de microirrigao.

Dandy e Hassanli (1996) utilizaram algoritmos

genticos para o dimensionamento timo de

sistemas com mltiplas subunidades. O modelo foi

usado para otimizar o lay out e os dimetros maiores

da rede, enquanto o dimensionamento das

subunidades foi realizado atravs da enumerao

exaustiva.

DESENVOLVIMENTO DO EPANET-

IRRIG

Caractersticas gerais

O EPANET-IRRIG o modelo computacional

EPANET 2.0 acrescido de novas funcionalidades

especficas para a elaborao e avaliao de projetos

de sistemas de irrigao pressurizados (Figura 1).

Desse modo, o EPANET-IRRIG apresenta

novidades importantes que visam facilitar a

implementao de redes destinadas irrigao e o

dimensionamento hidrulico-econmico. Portanto,

alm de melhorias na interface, o EPANET-IRRIG

traz incorporadas ferramentas importantes para

elaborao e avaliao de projetos de irrigao.

Figura 1. Apresentao da verso EPANET-

IRRIG. O EPANET-IRRIG tem, portanto, as mesmas

potencialidades do EPANET 2.0, somadas quelas

direcionadas elaborao e avaliao de projetos de

irrigao. Permite executar simulaes do

comportamento hidrulico da gua com ou sem

bombeamento. Podem ser modelados: tubulaes,

bombas, vlvulas, reservatrios de nvel fixo e/ou

reservatrios de nvel varivel, entre outros

elementos fsicos.

As principais contribuies do EPANET-IRRIG

podem ser resumidas em:

Maior agilidade na implementao de uma rede para irrigao;

Dimensionamento de redes de irrigao considerando objetivos hidrulicos e

econmicos;

Ferramenta para avaliao de sistemas de irrigao por gotejamento, asperso e

microasperso;

Determinao da variao de vazo dos emissores na parcela irrigada;

Determinao variao de presso dos emissores na parcela irrigada;

Determinao da uniformidade de emisso.

O EPANET-IRRIG pode ser empregado para o

dimensionamento de subunidades (ou parcelas) de

irrigao, sistemas de irrigao por asperso ou

localizados, assim como, no dimensionamento de redes

adutoras para alimentao das reas irrigadas.

Para modelagem de um sistema de irrigao atravs

do EPANET-IRRIG so utilizados os seguintes

passos:

Desenhar uma representao esquemtica do sistema de irrigao;

Editar as propriedades dos objetos (componentes) que constituem o sistema;

Editar as propriedades de entrada para o dimensionamento;

Executar simulao hidrulica; Emitir os relatrios do dimensionamento.

UTILIZAO DO EPANET-IRRIG

Elementos que compem uma rede de

irrigao

Assim com no EAPENT 2.0 o EPANET-IRRIG

modela um sistema de irrigao como sendo um

conjunto de trechos ligados a ns. Os Trechos (links)

representam as Tubulaes, Bombas e Vlvulas de

controle. Os Ns representam Conexes,

Reservatrios de Nveis Fixos (RNF) e Emissores.

Os ns emissores so os elementos mais importantes

na modelagem e devem ser configurados de acordo

com as caractersticas tcnicas fornecidas pelo

fabricante. A Figura 2 ilustra a concepo de uma

rede.

Figura 2. Elementos que compem uma rede de irrigao no EPANET-IRRIG.

Traado de uma rede de irrigao

Na modelagem de uma rede de irrigao so

necessrios os seguintes componentes (Figura 3):

- Reservatrio de nvel fixo (Add Reservoir);

- Ns de conexo e ns emissores (Add Junction);

- Tubulao (Add Pipe);

- Vlvulas de controle de fluxo (Add Valve).

Passos para desenhar a rede:

O primeiro passo adicionar o reservatrio de nvel

fixo (Add Reservoir), bastando acionar o boto Add

Reservoir, para selecion-lo. A seguir, tocar com o

mouse no ponto do mapa onde pretende inserir este

componente (lado esquerda do mapa). A seguir,

adicionar os ns. Usar o boto Add Junction, para

selecion-lo e, em seguida, indicar os pontos do

mapa onde pretende colocar os ns.

Para criar os tubos basta ativar Add Pipe para

selecion-lo e com o mouse ligar um n a outro.

Caso se deseje dividir um tubo em vrios segmentos

menores pode-se utilizar a nova funcionalidade

Dividir Tubo (Figura 4). Com o mouse clique no

tubo que se pretende dividir e em seguida no boto

Dividir Tubo, que solicitar a informao do nmero

de trechos. Cada segmento do tubo ter o

comprimento default. Essa funcionalidade

particularmente importante para os tubos que

contm os emissores como gotejadores,

microaspersores e aspersores (Figura 8), pois reduz

significativamente o trabalho de desenho da rede.

As vlvulas de controle de fluxo devem ser inseridas

sempre no incio de uma tubulao que conduz o

fluxo para uma parcela ou subunidade de irrigao.

Para criar as vlvulas clique em Add Valve, para

selecion-la, e com o mouse ligue um n a outro.

Figura 3. Principais funes usadas no desenho de uma rede no EPANET-IRRIG.

Figura 4. Criao de tubulao com vrios trechos no EPANET-IRRIG.

Uma nova funcionalidade desenvolvida,

especificamente para o EPANET-IRRIG, foi a

possibilidade de alterao do comprimento (*Lengh)

de um grupo de tubos, permitindo ao modelador

maior rapidez na edio da malha e na elaborao de

projetos quando dimensionando por tentativa uma

rede (Figura 5). Essa funo particularmente

importante para sistemas de irrigao que tem

tubulaes com comprimentos uniformes ou

padres.

N

RNF

Vlvula Tubo

Divisor de

Tubo

Figura 5. Alterao dos comprimentos de tubos no EPANET-IRRIG.

Entrada de dados de projeto

Ao iniciar um novo projeto o usurio dever inserir

os dimetros internos de tubos comerciais que

podero ser selecionados no dimensionamento, antes

ou aps o desenho da rede. A partir dessa

informao a rede de irrigao deve ser desenhada

com dimetros que existem na entrada de dados de

projeto, caso contrrio os dimetros no coincidentes

no tero seus custos computados. Ou seja, os

dimetros finais do dimensionamento devem constar

dos dimetros da entrada de dados (Figura 6).

Os custos com as tubulaes sero computados pelo

somatrio (Equao 1):

)1(pepepvcpvcTUB LCLCC

Figura 6. Entrada de dados de tubulaes

comerciais aplicveis ao dimensionamento.

So necessrias as seguintes informaes dos tubos

de polietileno (Pe) e de PVC: dimetro interno

(mm), presso nominal (mca) e custo do tubo

(R$/m). Com todos os comprimentos (L) e custos

(C) dos tubos, logo aps o desenho da rede, j se

obtm o custo total das tubulaes.

As vlvulas empregadas no dimensionamento tm a

funo de controlar as unidades em operao com a

abertura e fechamento total. As unidades em

funcionamento tm suas vlvulas abertas. O custo da

vlvula obtido em funo do seu dimetro e sua

classe de presso. O custo total das vlvulas obtido

por (Equao 2):

)2( iiVAL VCC Podero ser inseridos at seis dimetros de vlvulas

(Figura 7).

Figura 7. Entrada de dados de vlvulas

comerciais aplicveis ao dimensionamento.

Com relao aos emissores so necessrias as

seguintes informaes: presso nominal (mca),

vazo respectiva (L/h), dimetro molhado (m),

coeficiente de variao de fabricao e custo do

emissor (Figura 8). Atualmente o modelo s utiliza

no dimensionamento os dados de custo e do

coeficiente de variao de fabricao. O coeficiente

e expoente da equao do emissor so inseridos

diretamente no EPANET, mas pretende-se que no

futuro esses parmetros sejam obtidos diretamente

dos dados do emissor. Assim como, os parmetros

da equao do dimetro molhado podero ser

obtidos.

Figura 8. Entrada de dados do emissor.

Para calcular o custo dos emissores o modelo

computa o nmero de emissores (Nem) com o

coeficiente de descarga fornecido na entrada de

dados. Sabendo-se do custo unitrio (Cem), atravs

da Equao 3, obtm-se o custo total dos emissores.

)3( ememEMIS NCC

Os custos fixos ou de investimentos compreendem

os custos com tubulaes, emissores, vlvulas,

sistema de bombeamento e sistema de filtragem

(Equao 4). Esses so amortizados (Fa) anualmente

sendo necessrios os dados sobre tempo de

amortizao e taxa de juros (Figura 9).

)4()( aSFSBVALEMISTUBINVEST FCCCCCC

Figura 9. Entrada de dados relacionados

aos custos financeiros do projeto.

Os custos operacionais com energia eltrica podero

ser obtidos com diferentes tarifas, com ou sem

desconto, que foram consideradas como tarifa

normal e tarifa reduzida (Figura 10). A tarifa

reduzida usada no clculo do custo com o tempo

de irrigao no perodo do dia de menor tarifao e o

tempo que ultrapassar ser usado na tarifa normal.

Caso no haja a possibilidade de reduo de tarifa,

as duas tero o mesmo valor inserido. O valor da

tarifa da demanda ser inserido aps a obteno do

dimensionamento final do sistema.

O custo operacional (Cop) devido ao consumo de

energia obtido pela Equao 5. Onde Ndi estimativa do nmero de dias irrigados ao ano; CE -

custo da tarifa de energia eltrica em $ kW-1

h-1

; TI -

tempo total dirio de irrigao com tarifa reduzida,

h; e POT - potncia requerida pelo sistema de

bombeamento, kW.

)5(OTdiIEOP PNTCC

Figura 10. Entrada de dados relacionados

ao custo da energia eltrica.

Na Figura 11 so apresentados alguns parmetros

importantes relacionados ao dimensionamento e

operao do sistema de irrigao.

Figura 11. Entrada de dados relacionados a

parmetros de operao e custos de equipamentos.

As principais informaes so: tempo disponvel

dirio de operao (h), frequncia de irrigao (dia),

nmero de emissores por planta, nmero de dias

irrigados por ano, parmetros para o clculo do custo

do conjunto motor-bomba, parmetros para o clculo

do custo do sistema de filtragem, evapotranspirao

mxima (mm/dia), evapotranspirao mdia

(mm/dia), coeficiente de sombreamento (Ks),

espaamento dos emissores na linha (Ee) em m,

espaamento dos emissores entre linhas (EL) em m e

eficincia de aplicao (Ea) em %. Os parmetros do

conjunto motor-bomba e do sistema de filtragem

devem ser obtidos para um modelo potencial com os

dados do mercado. Caso no se deseje esses custos

pode-se inserir o valor zero para os mesmos.

Desenhada a rede e concluda a entrada de dados o

EPANET-IRRIG j permite fornece conhecer alguns

dados importantes sobre os custos da rede antes

mesmo de se executar uma simulao. Executando-

se uma simulao os dados relativos aos custos com

a operao (energia eltrica) e dos equipamentos,

cujos custos dependem de resultados da simulao

(ex. conjunto motor-bomba, sistema de filtragem),

so apresentados (Figura12). Para obteno da

potncia requerida do sistema de bombeamento o

modelo utiliza a cota piezomtrica no incio da

tubulao principal do sistema e a vazo que escoa

nessa tubulao. Desse modo, no dimensionamento

o projetista provoca variaes na cota do

reservatrio de nvel fixo para obter as presses,

vazes e tempos de operao desejados. Ou seja, a

presso de operao do emissor, os limites de

variao de presso de uma unidade operacional e o

tempo de irrigao total.

Figura 12. Relatrio dos custos do sistema

aps uma simulao.

Na Figura 13 so apresentados os parmetros de

avaliao do sistema de irrigao como a

uniformidade de emisso e a variao de vazo.

Figura 13. Relatrio com indicadores de

desempenho do dimensionamento e operao do sistema.

Alm dos custos do sistema o EPANET-IRRIG

fornece um relatrio final da operao que

proporciona ao projetista uma avaliao do

dimensionamento realizado em termos de

performance hidrulica do sistema e das condies

gerais da conduo da irrigao. Dessa forma, essa

funcionalidade permite que sejam avaliados no

apenas os novos projetos, mas tambm sejam

avaliados os sistemas em uso serve como importante

ferramenta para a reabilitao de redes de irrigao.

EXECUTANDO O MODELO

O modelo inicialmente foi testado em projetos de

sistemas de irrigao por asperso, gotejamento e

microasperso para avaliao do EPANET-IRRIG.

Embora ainda existam diversas limitaes a serem

eliminadas, o modelo j permite auxiliar o

dimensionamento e avaliao de sistemas.

Uma das vantagens do modelo est principalmente

na facilidade de modelagem e na obteno de custos

discriminados em termos absolutos e percentuais,

possibilitando uma anlise mais detalhada do

projeto.

Para ilustrar o uso do EPANET-IRRIG apresenta-se

um exemplo de dimensionamento de sistema de

microasperso com seis subunidades.

Dados de entrada:

- Espaamento entre linhas: 7 m

- Espaamento entre plantas na fileira: 7 m

- Equao de perda de carga: Hazen-Williams

- Comprimento da linha lateral: 35 m

- Comprimento da linha de derivao: 42 m

- rea irrigada por subunidade: 0,3430 ha

- rea irrigada total: 2,058 ha

- Nmero de emissores por planta: 1

- Coeficiente do emissor: 0,3795

- Expoente do emissor: 0,4841

- Coeficiente de variao de fabricao: 0,05

- Custo do emissor: R$ 3,00

- Nmero de emissores: 420

- Nmero de dias irrigados: 300

Nas Figuras 14, 15, 16 e 17 esto apresentados os

principais resultados do dimensionamento. Pode-se

observar que os relatrios grficos do EPANET no

foram modificados.

Com base nas informaes geradas pelos relatrios

de dados da hidrulica do sistema e dos custos, o

projetista pode promover os ajustes na rede para que

se obtenha os objetivos desejados em termos de

performance e de custos.

Na Figura 16 tem-se a representatividade dos custos

do sistema, demonstrando que os componentes do

sistema so responsveis por 73,5% do custo total e

a energia 26,5%. Enquanto, na Figura 17 verifica-se

que o sistema tem elevada uniformidade de emisso

(92,6%), consequncia da baixa variao de presso

e vazo dos emissores. Esses dois relatrios so,

portanto, as principais funcionalidades do EPANET-

IRRIG, pois possibilita de forma rpida e

simplificada uma anlise do dimensionamento.

Uma interface para construo de um mdulo de

otimizao j foi criada, sendo desafio para o futuro

o desenvolvimento dessa ferramenta, incialmente

idealizada para a tcnica de algoritmos genticos

(Figura 3).

Figura 14. Dimetros (mm) do dimensionamento do sistema.

Figura 15. Descarga (L/min) dos emissores no sistema.

Figura 16. Apresentao dos custos do sistema.

Figura 17. Resultados operacionais do dimensionamento do sistema.

CONCLUSES

O desenvolvimento de tcnicas e de modelos

computacionais impulsionado pela melhoria dos

projetos de sistemas de distribuio de gua, visando

o uso mais racional de recursos financeiros, naturais

e humanos. O EPANET destaca-se por sua

capacidade de clculos, simplicidade de uso e ser um

software livre, o que tem motivado sua utilizao em

grande escala nos projetos de sistemas de

abastecimento. No entanto, quando se trata de redes

para irrigao isso no se verifica, por dois motivos

principais, o desconhecimento dos tcnicos da

potencialidade do software e das limitaes do

software para irrigao. Diversos modelos ou

funcionalidades foram acoplados ao EPANET com

finalidades variadas, mas para fins de irrigao no

se tem observado esses procedimentos.

Considerando-se as vantagens do EPANET,

procurou-se inserir ferramentas que

proporcionassem maior aplicabilidade para o

dimensionamento e anlise de sistemas de irrigao.

Essas novas funcionalidades deram origem ao que se

denominou EPANET-IRRIG. Esperasse com isso,

promover o uso mais efetivo do software para o

dimensionamento de novos sistemas de irrigao

pressurizados ou na avaliao da performance dos

sistemas. Os primeiros experimentos realizados

permitem afirmar que o modelo facilita a

modelagem de sistemas de irrigao e a realizao

de clculos de indicadores hidrulicos e econmicos

possibilita a realizao de dimensionamentos mais

precisos. Em se tratando de uma primeira verso

tambm foram constatadas limitaes e

inconsistncias que devero ser eliminadas. O

desenvolvimento de uma ferramenta de otimizao

tambm objeto de trabalhos futuros.

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico pelo suporte financeiro ao

projeto.

Ao Instituto Federal de Educao, Cincia e

Tecnologia da Paraba pelo apoio participao no

evento.

REFERNCIAS

Ajai S.; Singh, R. P.; Mahar, P. S.; Singh, K.K.

(2000). Optimal design of tapered microirrigation submain manifold. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, New

York, v. 126, pp. 371374.

Alperovitz, E. e Shamir, U. (1977). Design of optimal water distribution systems. Water Resources Research, vol. 13, pp. 885-900.

Cirilo, J. A. (1997). Programao no linear

aplicada a recursos hdricos. In: Tcnicas

quantitativas para o gerenciamento de

recursos hdricos. Organizador: Rubem

Laina Porto. Editora da Universidade.

UFRGS.

Dandy, G. C. e Hassanli, A. M. (1996). Optimum design and operation of multiple subunit

drip irrigation systems. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, v. 122, pp. 265-

275.

Gessler, J. e Walski, T. M. (1985). Technical Report

EL-85-11: Water distribution system

optimization, DC, USA: U.S. Army Corps

Engineers, Washington.

Granados, A. (1990). Infraestructuras de regados Redes colectivas de riego a presin. Servicio

de Publicatin de la E.T.S.I. de Caminos de

la Universidad Politcnica de Madrid.

Holzapfel, E.A. e Mario, M.A.; Valenzuela, A.

(1990). Drip irrigation nonlinear optimization model. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, New York,

v.116, pp. 479-496.

Keller, J. e Bliesner, R. D (1990). Sprinkle and

trickle irrigation. Van Nostrand Reinhold,

New York.

Lucena, K. F. M. (2005). Uso do EPANET no

dimensionamento de um sistema de

irrigao. V SEREA - Seminario

Iberoamericano sobre Planificacin,

Proyecto y Operacin de Sistemas de

Abastecimiento de Agua. Valencia.

Lucena, K. F. M. e Matos, J. A. (2001). Anlise econmica em subunidades de irrigao

localizada. XXX Congresso Brasileiro de Engenharia Agrcola, Foz do Iguau, Brasil.

Lucena, K. F. M. (2002). Dimensionamento e operao de sistemas de irrigao localizada

considerando diferentes tarifas de energia

eltrica e tempos de irrigao. Seminrio Planejamento, projeto e operao de redes

de abastecimento de gua, o estado da arte e

questes avanadas, Joo Pessoa, Brasil.

Lucena, K. F. M. (2003). Modelo de otimizao para

o dimensionamento e operao de sistemas

de microirrigao. Tese de Doutorado.

Universidade Federal de Campina Grande,

Brasil.

Lucena, K.F.M.; Galvo, C.O.; Gomes, H.P.;

MATOS, J.A. (2000). Otimizao de subunidades de irrigao localizada. XXIX

Congresso Brasileiro de Engenharia

Agrcola, Fortaleza, Brasil.

Ravikumar, V. e Ranganathan, C.R; Bosu, S.S.

(2003). Analytical equation for variation of discharge in drip irrigation laterals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, New

York v. 129, pp.295298.

Rossman, L. A. (2002). Manual do utilizador

EPANET 2.0. Laboratrio Nacional de

Engenharia Civil, Lisboa, Portugal.

Saad, J.C.C. e Frizzone, J.A. (1996). Design and management optimization of trickle

irrigation systems using non-linear

programming. Journal of Agricultural Engineering Research. Silsoe Research

Institute, Silsoe, UK, v.64, pp. 109 118.

Saad, J.C.C. e Mario, M.A. (2002). Modelos de programao linear e no linear para

otimizao do dimensionamento de sistemas

de irrigao localizada. XXXI Congresso Brasileiro de Engenharia Agrcola, Salvador,

Brasil. pp. 978-981.

Valiantzas, J.D. (2003). Explicit Hydraulic design of microirrigation submain units with

tapered manifold and laterals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, New

York v. 129, pp. 227236.