Aula 1 Epanet

Uso do EPANET para anlise de
rede de distribuio de gua

Henrique Marcondes Grandi
Telefone: (41) 997571764

E-mail: hgrandi@hotmail.com
Contedo
Introduo
Reviso de rede de condutos e modelagem matemtica
EPANET
Apresentao do enunciado
Cronograma
Distribuio do material
Introduo
OBJETIVO:
Exerccio prtico de rede de distribuio
Direta aplicao de conhecimentos de hidrulica
Resoluo de problemas de fluxo em malhas
Uso da ferramenta EPANET
MATERIAL
Disponibilizado pelo Professor Dr. Philipp Klingel KIT. Disciplina de Distribuio de gua.
Enunciado
Simulao de uma rede existente de
distribuio de gua;
Representao da rede existente;

Compreenso e representao do consumo de gua;
Representao dos reservatrios;
Compreenso e representao das perdas de gua;
Calibragem do modelo com base em campanha de medio;
Avaliao do funcionamento dos reservatrios;
Avaliao da presso na rede;
Dados a se trabalhar
DESENHOS (.pdf e .shp)
Planta topogrfica A1;
Planta da rede, com as informaes dos condutos;
Planta de campanha de medio, com os locais nos quais se dispe de dados de medio;
INFORMAES
Consumo dirio residencial e industrial valores e comportamento no tempo .
Dados de distribuio da populao e demanda de gua na aduo estimativa das perdas ;
Campanha de medio estimativa da rugosidade ;
Ferramentas
SOFTWARES
EPANET;
Arc GIS, QGIS;
Contedo
Introduo
EPANET
Cronograma
Equao de Bernoulli
Bernoulli
(conservao da energia)
Determinao da perda de carga
Perda de carga
Darcy - Weisbach
Rede de condutos
Rede de condutos
Conservao de massa Conservao de energia Condio da malha;
(continuidade) (Bernoulli)
Modelagem matemtica
Como representar:
1. Rede de condutos?
2. Conservao de massa?
3. Conservao de energia?
4. Compatibilidade da malha?
Modelagem matemtica
1. Rede
Estruturao em grafos
Ns potencial, demanda de vazo;
Trechos rugosidade, rea, vazes;
Parmetros (dados de entrada):

Rede de condutos;
Potencial da captao / reservao;
Demanda de cada n;
Variveis:
Vazes e velocidades;
Presses e perdas de carga;
Condio (cota) dos reservatrios;
Modelagem matemtica
1. Rede
Modelagem matemtica
1. Rede
N X Y Z Tipo Padro de consumo Parcelas do dia Fator

K1 X1 Y1 Z1 Captao G1 TS1 F1
K2 X2 Y2 Z2 Bomba G1 TS2 F2
K3 X3 Y3 Z3 Reservao G2 TS1 F3
K4 X4 Y4 Z4 N G3 TS1 F4
K5 X5 Y5 Z5 Consumo G3 TS3 F5
K6 X6 Y6 Z6 Consumo G3 TS4 F6
Modelagem matemtica
1. Rede
Rede de condutos - Representao dos grafos: Matriz de Incidncia A:
Modelagem matemtica
2. Conservao de massa
Lei da continuidade: conservao de massa:
Modelagem matemtica
Lei da continuidade: conservao de massa:
Modelagem matemtica
Lei da continuidade: conservao de massa: q
Modelagem matemtica
3.1 Conservao da energia (Perda de carga)
Perdas de carga: hj
Modelagem matemtica
3.2 - Conservao da energia (Bernoulli)
Obteno de Hj
Modelagem matemtica
Relacionando A, H e perda de carga:
Modelagem matemtica
Modelagem matemtica
4. Malhas
Matriz de incidncia j no mais quadrada;
Impossvel inverter -> soluo no linear
Modelagem matemtica
4. Malhas
Mtodo de Hardy Cross (Cross, 1936 -> Hidrulica);
Processo iterativo com correo de presses e vazes;
Mtodo de Newton-Raphson;
Clculo de correes segundo srie de Taylor
Linear Theory Method;
Termos no lineares representados linearmente.
Gradient Method (Todini & Pilati, 1987);
Mtodo implementado pelo EPANET (pg. 187 do Manual do EPANET);
Aplicao do mtodo de Newton-Raphson para clculo simultneo de vazes e presses.
Formulao como problema de otimizao (por exemplo, Deuerlein, 2002);
Dentre outros;
Modelagem matemtica
4. Malhas
Hardy Cross
Modelagem matemtica
4. Malhas
Hardy Cross
Modelagem matemtica: Procedimento
Definio clara do problema:
Qual o grau de detalhamento e a preciso desejados?
Qual a fonte de dados, e qual a qualidade desses dados?
Como resolver o problema? Quais so os custos/ demandas de tempo e
trabalho de cada mtodo disponvel?
A qualidade e a quantidade de dados no correspondem s expectativas

do projeto?
correo/ adequao das tarefas que o modelo realizar
Dados geogrficos ( informaes do local, dados de uso do solo, dados
polticos, aerofotogrametria);
Dados do sistema ( caractersticas fsicas do sistema);
Dados de operao (controle, bomba, vazo de entrada / captao)
Dados de consumo (consumo no tempo, perdas);
Abstrao dos dados fsicos e no fsicos;
Digitalizao da topologia (criao de modelo de ns e trechos);
Digitalizao dos parmetros (atributos);
Chute inicial para posterior calibragem (eg. Rugosidade);
Determinao de parmetros que no podem ser diretamente medidos;
Verificao e avaliao dos resultados de clculo;
Eventual edio/adaptao do modelo;
Contedo
Introduo
EPANET
Cronograma
EPANET - Informaes gerais
Software aberto para clculo de redes de distribuio de gua;
Desenvolvido pela Agncia Americana de Proteo ao Meio Ambiente (EPA).
Software e manuais disponveis em diversos idiomas;
LENHS Laboratrio de Eficincia Energtica e Hidrulica em Saneamento, UFPB.
EPANET BRASIL
Manuais em portugus
EPANET - Aplicaes
Hidrulica:
Clculo estacionrio e no estacionrio de presses e vazes em sistemas de abastecimento;
Clculo de perdas de carga segundo Hazen-Williams, Darcy-Weisbach ou Chezy-Manning
Considerao de perdas locais de presso;
Bombas com rotao constante ou varivel;
Uso de qualquer geometria de reservatrios;
Um n pode ter diversos tipos de consumo, com diferentes caractersticas;
No calcula golpes de arete;

Calcula apenas escoamento com seo cheia;
EPANET - Aplicaes
Avaliao da qualidade da gua:
Simulao da propagao de materiais reativos e no reativos no sistema de abastecimento ao longo
do tempo;
Clculo de estagnao da gua no sistema;
Clculo das parcelas da vazo correspondente de uma determinada fonte nos ns do sistema (mistura
de gua);
Considerao de variao temporal de determinadas concentraes de materiais da captao;
EPANET Vantagens e Desvantagens
Vantagens
gratuito
Open-source
sem restries de tamanho de rede;
mtodos de clculos confiveis, amplamente testados;
simples uso (questionvel: cuidado, no h boto desfazer)
Desvantagens:
No h integrao com Sistemas de Informao Geogrfica;
No h possibilidade de anlises especficas (Calibragem, Avaliao de incndio);
Imput-file em .txt
Contedo
Introduo
Cronograma
Enunciado
1. Compreenso e representao da distribuio do consumo;
2. Modelagem da rede (ns e cotas, condutos e caractersticas);
3. Modelagem do abastecimento;
4. Modelagem dos reservatrios;
5. Modelagem do consumo e perdas;
6. Calibragem;
7. Avaliao;
1. Compreenso do Consumo
Porcentagem do
Regio Populao
total
[-] [-] [%]
Centro Norte
2.615 28
(Zentrum Nord)
Centro Sul
6.114 66
(Zentrum Sd)
Bairro (Vorort) 1 146 2
Soma 9.280 100

Em funo do nmero de casas
Em funo da rea de cada n
Determinada densidade habitacional (habitantes/ha)
Determinado consumo por habitante => l/ha
Triangularizao
Em funo da rede
Disposio de N ns;
P pessoas na regio, cada n recebe o
consumo de P/N pessoas;
2. Modelagem da rede
Uso do EPANET
Distribuio de ns obrigatrios;
Distribuio dos condutos, reservatrios, etc.
Atribuio de caractersticas (descrio, altitude, etc)
2. Modelagem da rede
Ns obrigatrios:
Juno/separao de 2 condutos;
Fim de cada conduto (cada conduto est entre 2 ns);
Alterao do material/ propriedades do conduto;
3. Modelagem do abastecimento
4. Modelagem do reservatrio
5. Modelagem do consumo e perdas
2,5
1,5
Consumo (%)
0,5
0
00:00:00 03:36:00 07:12:00 10:48:00 14:24:00 18:00:00 21:36:00
Horrio
6. Calibrando o modelo
Contedo
Introduo
EPANET
Cronograma
Cronograma
07/03: Apresentao do trabalho, divulgao do material;
1 Semana para:
Instalar programas;
Ler manuais;
Imprimir mapas;
Idealizao da rede (trabalho com os dados, distribuio do consumo);
16/03: Passo a Passo EPANET; Calibragem; Montar rede;

1 Semana para:
Terminar de montar a rede;
Simulao;
Avaliao dos resultados;
Discusso do trabalho;
Contedo
Introduo
EPANET
Cronograma

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Uso do EPANET para anlise de

rede de distribuio de gua

Telefone: (41) 997571764

Uso da ferramenta EPANET

Representao da rede existente;

Parmetros (dados de entrada):

N X Y Z Tipo Padro de consumo Parcelas do dia Fator

A qualidade e a quantidade de dados no correspondem s expectativas

No calcula golpes de arete;

[-] [-] [%]

Bairro (Vorort) 1 146 2

Bairro (Vorort) 3 101 1

Bairro (Vorort) 4 242 3

Soma 9.280 100

16/03: Passo a Passo EPANET; Calibragem; Montar rede;

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