AUTOMATIZAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO E DA CRIAÇÃO DOS ARQUIVOS DE ENTRADA DOS MODELOS EPANET E SWMM.

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1 AUTOMATIZAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO DE REDES COLETORAS DE ESGOTO E DA CRIAÇÃO DOS ARQUIVOS DE ENTRADA DOS MODELOS EPANET E SWMM. Luis Henrique Magalhães Costa 1 * ; Guilherme Marques Farias 2 ; Samuel Amy Silveira Feijó 3 ; Gustavo Paiva Weyne Rodrigues 4 Resumo A crescente urbanização das cidades vem obrigando as concessionárias de saneamento aprimorar seus sistemas por meio da implantação ou da expansão das redes de distribuição e redes coletoras de esgoto. Em ambas as situações fazem-se necessário o desenvolvimento da modelagem hidráulica do sistema. O objetivo deste trabalho, é apresentar um ferramenta computacional denominada HTOOLS que tem como principal função a automatização do dimensionamento de redes coletoras de esgoto e da geração dos arquivos de entrada dos modelos EPANET e SWMM a partir de arquivos do formato.dxf, utilizado na plataforma CAD. O HTOOLS encontra-se em fase de teste, sendo apresentado neste trabalho três aplicações: uma rede coletora de esgoto hipotética, o sistema de distribuição de água da cidade de Forquilha e a algumas sub-bacias hidrográficas da cidade de Barreiras-BA. Palavras-Chave Rede Coletora de Esgoto, EPANET, SWMM. AUTOMATION OF THE SANITARY SEWAGE SYSTEMS DESIGNS AND EPANET/SWMM INPUT FILES. Abstract The increasing urbanization of cities has forced utilities to improve their sanitation systems through the implementation or expansion of water distribution networks. The main objective of this paper is to present software called HTOOLS whose main function to convert files generated by the hydraulic simulator EPANET for.dxf format, used in the CAD platform and to automate the sewage network projects. The application is currently in the testing phase, being presented in this paper three case studies were evaluated: sewage network hypothetic, the water distribution system of the city of Forquilha-CE and six sub-basins of the city of Barreiras-BA. Keywords Sewage Network, EPANET,SWMM. 1 Universidade Estadual Vale do Acaraú, luishenrique.uva@gmail.com 2 Universidade Estadual Vale do Acaraú, guilhermemf@gmail.com 3 Universidade Estadual Vale do Acaraú, samuelamysf@gmail.com 4 Ductor Implantação de Projetos Ltda, gweyne@hotmail.com XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO Os sistemas de abastecimento de água, esgotamento sanitário e a coleta de resíduos sólidos constituem os mais importantes fatores que contribuem para o nível sanitário de um país. Apesar de reconhecida a importância destas infraestruturas de saneamento básico, a situação no Brasil requer atenção, esforços e subsídios para uma resolução, mesmo que parcial. O Brasil é um país com pequena abrangência no que se refere aos sistemas de esgotamento sanitário. Segundo BRASIL (2004), o atendimento urbano é muito precário e o índice médio nacional é de 50,4%. Somente dois prestadores de serviços de abrangência regional atendem a mais de 50% da população urbana dos municípios a que serve em um subconjunto em que a média é de 38,6%. Já para os prestadores locais os índices são melhores, sendo que cerca de 48% desses prestadores apresentam valores iguais ou superiores a 50%, em um cenário em que a média do subconjunto é de 76,2%. Estes dados delineiam o quanto o Brasil está aquém do nível satisfatório no que concerne aos sistemas de esgotamento sanitário. Tais índices promovem ainda mais a busca por novas tecnologias relacionadas à construção, implantação e manutenção dos sistemas de esgotos. Diante da necessidade de construção ou ampliação dos sistemas de esgotos sanitários, o procedimento de desenvolvimento do projeto deve estar organizados de forma a serem realizados dentro do cronograma estipulado, levando em conta a racionalização de recursos e prazos. No intuito de reduzir o tempo demandando no desenvolvimento de um projeto de rede coletoras de esgoto, apresenta-se neste trabalho o programa HTOOLS, desenvolvido a partir de um projeto de pesquisa fomentado pela CNPQ e FUNCAP. O programa contém um conjunto de Este trabalho foi desenvolvido a partir de um projeto de pesquisa que busca o desenvolvimento de um software, denominado HTOOLS, contendo um conjunto de ferramentas computacionais para auxiliar no desenvolvimento de projetos de Saneamento e Hidrologia. Com o uso do software é possível realizar as seguintes automatizações: Dimensionamento de rede coletora de esgoto a partir do traçado das tubulações no formato DXF Criação do arquivo INP do EPANET a partir do traçado das tubulações no formato DXF Criação do arquivo INP do SWMM a partir do traçado das tubulações no formato DXF Criação do arquivo DXF contendo as tubulações com diâmetros e conexões a partir do arquivo INP do EPANET. A importação CAD-HTOOLS será feita a partir dos desenhos das tubulações lançadas nos arruamentos, formados por linhas ou polilinhas. Nesta fase as coordenadas, comprimentos e cotas serão extraídos do arquivo do tipo DXF (gerado pelo software CAD).O formato escolhido foi o DXF (Drawing Interchange File Format), pois além de ser compatível com a maioria dos programas que possuem recursos de edição gráfica, é um formato do tipo texto no código ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Em outras palavras, o formato DXF é um arquivo de texto contendo todas as informações do desenho, facilitando a interpretação dos elementos gráficos. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 METODOLOGIA O programa HTOOLS foi desenvolvido por meio da IDE (Integrated Development Environment) Lazarus a partir da linguagem de programação PASCAL. Em termos gerais, o HTOOLS faz a conversão do arquivo no formato DXF para INP e vice-versa, além do dimensionamento automático de redes coletoras de esgoto. O primeiro tipo de conversão é feita a partir das linhas ou polilinhas do CAD que para o EPANET(Rossman,2007) representam as tubulações e para o SWMM (Rossman, 2010) representam os limites da bacia. Já na conversão INP- DXF as variáveis hidráulicas são lidas no formato INP e, em seguida, é gerado um desenho no formato DXF contendo as tubulações, parâmetros hidráulicos e conexões. A figura 1 apresenta os módulos do programa. Figura 1 Módulos do programa HTOOLS A conversão DXF-INP será feita a partir dos desenhos das tubulações lançadas nos arruamentos, formados por linhas ou polilinhas (EPANET) ou dos limite das sub-bacias (SWMM). Nesta fase as coordenadas, comprimentos e cotas serão extraídos do arquivo do tipo DXF (gerado pelo software CAD). Também há a possibilidade de se dimensionar uma rede coletora de esgoto a partir das tubulações (linhas ou polilinhas) e cotas nos poços de visita (PVs) extraídos a partir da curva de nível. Após esse dimensionamento será possível gerar a planilha de cálculo no formato XLS e o desenho das tubulações e PVs contendo os parâmetros de dimensionamento como, por exemplo, os diâmetros e declividades das tubulações e as profundidades dos PVs. O formato escolhido foi o DXF (Drawing Interchange File Format), pois além de ser compatível com a maioria dos programas que possuem recursos de edição gráfica, é um formato do tipo texto no código ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Em outras palavras, o formato DXF é um arquivo de texto contendo todas as informações do desenho, facilitando a interpretação dos elementos gráficos. O formato DXF (Drawing Interchange Format) é um formato vetorial que a empresa Autodesk lançou para permitir o intercâmbio de arquivos de desenho entre os diferentes programas CAD. Além do intercâmbio entre plataformas CAD, o formato DXF também é comumente utilizado para armazenagem e transferência de dados entre sistemas CAD e programas de aplicações específicas. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Existem duas versões de DXF (ASCII e binário). Optou-se pela versão em texto (ASCII) por facilitar a compreensão, o processamento e o armazenamento da estrutura de dados contidos nestes arquivos. O formato DXF é dividido em seções que especificam e detalham variáveis associadas com o desenho e criam entidades gráficas a serem desenhadas no CAD. A tabela 1 apresenta as principais seções deste formato, bem como suas definições. A seção entities será a principal seção utilizada pelos algoritmos por conter as características das tubulações que serão representadas pelas entidades linhas ou polilinhas. Tabela 1 Seções do arquivo DXF SEÇÃO DESCRIÇÃO HEADER Primeira seção descrita em um arquivo DXF. Esta seção contém variáveis que configuram características gerais do desenho como, por exemplo, o layer corrente, 0 ponto inferior esquerdo e o superior direito do desenho, dentre outras. TABLE Descreve as características relacionadas com as entidades gráficas que são, antes da sua criação, configuradas em tabelas. Como exemplo pode-se citar tabelas de layers, estilo de texto, estilo de linha, dentre outras. ENTITIE Tipos de entidades gráficas (linhas, polilinhas, círculo, texto, etc.), S suas coordenadas dos vértices, assim como o layer utilizado para a sua edição, dentre outras. BLOCKS Representa um conjunto de entidades agrupadas no formato de um bloco. Para identificar as linhas ou polilinhas do arquivo.dxf que estão associadas as tubulações será utilizado o layer destas que será definido pelo usuário no ambiente CAD antes do início da conversão de arquivos (DXF-INP). Todos os layers existentes são apresentados no programa e o usuário deverá informar qual layer está associado ao desenho as linhas e polilinhas que representam as tubulações. Este mesmo procedimento ocorre na identificação os limites das sub-bacias hidrográficas na geração do arquivo INP no formato do SWMM e no dimensionamento da rede coletora de esgoto. No módulo tubulação as tubulações são criadas no arquivo.inp através das coordenadas (iniciais e finais) e dos comprimentos. Já no módulo nó, serão associados aos nós da rede, os valores das cotas e das demandas. As cotas são definidas por interpolação a partir das curvas de nível identificada pelo HTOOLS por meio de sua layer As demandas nodais são calculadas a partir de uma taxa definida pela razão da vazão de distribuição (considerando os coeficientes K1 e K2) e o comprimento total da rede. Cada nó recebe a contribuição da metade dos trechos adjacentes. ESTUDOS DE CASOS Até o momento encontra-se finalizado os módulos referentes as criações dos arquivos INP para os modelos EPANET e SWMM e o dimensionamento da rede coletora de esgoto, ambos a partir do arquivo DXF da plataforma CAD. Neste resumo são apresentados o dimensionamento de uma rede coletora e a geração de dois arquivos INP criados pelo HTOOLS para os modelos EPANET e SWMM, respectivamente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Figura 1 Lançamento do desenho da plataforma CAD. O desenho acima foi realizado em um programa na plataforma CAD (DraftSight). Para a importação pelo programa HTOOLS é necessário que o desenho contenha a identificação de cada trecho e PV. Também é necessário que seja informado a elevação do terreno no PV. Esta informação pode ser representada textualmente (conforme figura 1) ou por meio de curvas de nível. Após a importação é possível identificar cada trecho e PV em uma planilha. A figura 2 apresenta alguns dos resultados presentes na planilha. Figura 2 Planilha de dimensionamento do programa HTOOLS Finalizado o dimensionamento, é possível gerar um arquivo.dxf contendo o detalhamento dos trechos e PVs, conforme apresenta a figura 3. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Figura 3 Detalhamento gerado pelo programa HTOOLS O estudo de caso apresentado a seguir foi objeto de trabalho de Ximenes(2014) que teve como objetivo modelar o sistema de distribuição de água da cidade de Forquilha(CE) afim de propor medidas de reabilitação. O sistema é operado pela CAGECE (Companhia de Água e Esgoto do Ceará) e vem apresentado instabilidades em sua distribuição, principalmente nos bairros de Cidade dos Anjos e Cidade de Deus. A vazão de distribuição foi obtida pela CAGECE considerando os dados medidos no mês de abril/2014. O em litros por segundo foi de 20,82 l/s. A figura 4 ilustra o desenho do SDA na plataforma CAD com as tubulações lançadas e a figura 5, as tubulações e nós no EPANET após a conversão de arquivos realizada pelo HTOOLS. Figura 4 Planta no CAD com as tubulações lançadas XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Figura 5 Imagem da rede no EPANET após conversão DXF-INP pelo HTOOLS O terceiro estudo de caso apresentado neste trabalho foi objeto de trabalho de Silva et al(2013) que tiveram como objetivo simular diferentes medidas de controle de cheias por meio do simulador Storm Water Management Model SWMM em nível de lotes e de sub-bacias, verificando suas respectivas eficiências, de forma a contribuir com a gestão das águas pluviais dos bairros São Paulo e Vila Regina, considerados dois dos que mais sofrem com alagamentos no município de Barreiras-BA. Os limites das sub-bacias foram definidos na plataforma CAD(figura 6). Em seguida foi gerado o arquivo DXF e, a partir deste arquivo, foi desenvolvido o arquivo INP no formato do modelo no SWMM por meio do software HTOOLS(figura 7). Figura 6 Delimitação das sub-bacias (CAD) Figura 7 Sub-bacias no SWMM após conversão CONCLUSÃO O programa HTOOLS apresentado neste trabalho é um instrumento importante na modelagem de sistemas de saneamento e hidrológicos, caracterizando-se como uma poderosa ferramenta de auxilio para estudantes, engenheiros e técnicos que trabalham com simulações hidráulicas ou hidrológicas. A automatização de projeto de rede coletora de esgoto e da criação dos arquivos de entrada dos modelos EPANET e SWMM permite não somente uma substancial redução no tempo de pré-processamento e cálculo, mas também um ganho em termos de precisão da simulação, uma XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 vez que se minimizam os erros cometidos no processo de criação feita diretamente nos próprios softwares de simulação. O HTOOLS tem caráter free e pode ser obtido pelo site AGRADECIMENTOS Ao CNPQ e à FUNCAP, pelas bolsas de estudo concedidas ao segundo e terceiro autor deste trabalho. REFERÊNCIAS COELHO, S. T.; LOUREIRO, D.; ALEGRE, H. Modelação e análise de sistemas de abastecimento de água. Lisboa, Manual de Modelação e analise de sistemas de abastecimento de água Instituto Regulador de águas e Resíduos de Portugal,(2006). ROSSMAN, L.A.EPANET2 Manual do Usuário. Traduzido pelo LENHS/UFPB, (2007). ROSSMAN, L.A.EPA SWMM Modelo de Gestão de Drenagem Urbana. Traduzido pelo LENHS/UFPB,(2010). SHINMA, T.A., Calibração multiobjetivo do SWMM aplicada à transformação chuva-vazão. 112 f. Dissertação (Mestrado) Programa de Pós-Graduação e Área de Concentração em Hidráulica e Saneamento, Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos, São Carlos, SILVA,M.P;COSTA,L.H.M;CASTRO,M.A.H., Aplicação do Modelo de Gestão de Drenagem Urbana SWW no controle de alagamentos em Barreiras-BA XIMENES, C.L. Modelagem Hidráulica do Sistema de Distribuição de Água da cidade de Forquilha/CE,(2014). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8