Cálculo e dimensionamento

Parâmetros de projeto (Projeto → Parâmetros de projeto)

Projetos novos, a última seção do diálogo, diz com o que os próximos projetos novos começam e de onde vem cada valor (a região da máquina, a sua escolha ou o padrão do programa): a frequência da rede (60 Hz na América do Norte e Central, no Caribe, no Brasil, na Colômbia, na Venezuela, no Equador, no Peru, na Guiana, no Suriname, na Arábia Saudita, na Coreia, em Taiwan, nas Filipinas, no Japão, em várias ilhas do Pacífico e na Libéria, 50 Hz nos demais) e a moeda da região, salvo escolha sua, e as unidades que você escolheu (as americanas nunca vêm só da região). Usar estes parâmetros nos projetos novos guarda todos os parâmetros do projeto aberto (velocidades, perdas, economia…) como modelo dos próximos, que mantêm a moeda do seu catálogo (um preço de energia guardado em outra moeda é convertido); Voltar ao padrão da região esquece as escolhas.

Etapas do cálculo

1. Construção do grafo: entidades → nós e trechos; vértices coincidentes fundidos; itens pontuais inseridos nos tubos; laterais agregadas; cotas do terreno em cada nó; zonas identificadas a partir de cada válvula; conexões (curvas e tês) encontradas quando as perdas localizadas vêm delas.
2. Zonas, uma a uma:
   • dimensionamento inicial por velocidade máxima, que também fornece as vazões nominais;
   • LP: cada trecho dimensionável pode ser composto por frações dos diâmetros candidatos; o programa linear minimiza o custo anualizado dos tubos mais o custo de energia da pressão de entrada, sujeito à janela de pressão dos emissores críticos (ponta, ponto mais alto e mais baixo de cada lateral, cada emissor isolado). Se a análise não confirmar a janela, os emissores de pressão mínima e máxima entram como restrições e o LP roda de novo (até quatro rodadas);
   • classe de pressão: o LP e os passos gulosos oferecem a cada trecho só os tubos cuja classe, na temperatura da água, suporta a pressão que a análise encontrou ali mais o golpe de aríete da triagem da etapa 6 (o PVC perde parte da classe acima de 25 °C e o PE acima de 20 °C); quando uma passada termina com um tubo abaixo da sua pressão, a exigência do trecho sobe e a zona é dimensionada de novo (até três passadas). Se nada no catálogo for resistente o bastante, o trecho é dimensionado como antes e a classe aparece como excedida;
   • reparo: aumento guloso de diâmetro ao longo do caminho crítico até a janela ser atendida (quando só o desnível dos emissores já passa da janela, nenhum tubo é comprado por isso e a zona avisa: zone_slope_exceeds_window);
   • racionalização: diâmetros decrescentes de montante para jusante e telescopagem dentro do limite de diâmetros por unidade;
   • análise detalhada: rede não linear com emissores dependentes da pressão; a pressão a jusante da válvula é escolhida por bissecção para que a pressão média dos emissores seja a nominal (ou, para fitas reguladas, para garantir a pressão mínima da linha de derivação);
   • resultados: vazão da zona, pressões mínima e máxima e admissíveis, variação admissível e real, pressão requerida na válvula, perda na válvula, uniformidade (CU de Christiansen, DU do quartil inferior, EU de Keller-Karmeli com o CV do fabricante e emissores por planta, uniformidade estatística, variação de vazão), CU de sobreposição para aspersores com raio molhado, tabela de tubos com pressões, cotas e velocidades, tabela de emissores.
3. Linha principal, por turno: demanda e pressão requerida de cada válvula, pivô (o que o seu pacote de aspersores pede) e estação de aspersores com válvula programada, LP sobre todos os turnos com custo de energia ponderado pelas horas de cada um e as mesmas passadas de classe de pressão; numa linha principal em anel o LP leva o balanço de energia de cada anel para as vazões com que dimensiona, e como os diâmetros decidem como a vazão se divide ele é resolvido de novo com as vazões dos novos diâmetros até a escolha se firmar (até mais quatro vezes; uma nota de aproximação fica só quando as vazões não se acomodam). Com fonte calculada, a linha piezométrica fica acima do tubo nos pontos altos do perfil (no LP e na análise), e um ponto alto sem ventosa é apontado (air_valve_missing, informação). Depois, a análise de cada turno com bombas (ponto de operação; um inversor encontra a rotação que mantém a pressão alvo na saída; o NPSH disponível é comparado com a curva da bomba; uma estação de bombeamento liga as bombas em serviço que o turno pede, escalonadas pela vazão, na curva conjunta das que funcionam, com o ponto de cada uma), válvulas com piloto redutor ou sustentador, válvulas redutoras, sustentadoras e controladoras de vazão, válvulas de retenção e fontes de pressão fixa ou calculada; duty de cada fonte (vazão, pressão disponível, requerida, déficit) e energia anual. Com a operação real dos setores ligada, cada setor e pivô roda então na pressão que a linha principal entrega a ele, como um emissor equivalente atrás da sua válvula (uma válvula que regula mantém o seu ajuste, um piloto sustentador a sua pressão de montante), reajustado até o setor e a linha concordarem.
4. Telescopagem: tubos com mais de um diâmetro são divididos em entidades, maior diâmetro a montante, e as zonas afetadas são reanalisadas.
5. Lavagem: cada zona com fitas é analisada com as pontas abertas na velocidade de lavagem; reporta vazão de lavagem, pressão necessária na válvula e a montante, número de fitas, pressão mínima na ponta e velocidade máxima.
6. Golpe de aríete: ao longo do caminho da água desde a fonte (desde a válvula, numa zona), cada ponto de um tubo recebe a envoltória de Michaud na sua distância x, min(a·ΔV/g, 2·x·ΔV/(g·T)), com a celeridade da onda a pelo material e pela parede e o tempo de fechamento T, sobre a pressão estática ali; o pior ponto de cada entidade é comparado com a classe do tubo e o relatório mostra o caminho usado (a análise completa de transientes fica em Linha principal → Transientes hidráulicos…, adiante).
7. Máquinas mecanizadas: o pacote de aspersores e a tabela do temporizador de cada pivô central e linear e, quando os dados são informados, o braço de canto, a prescrição de taxa variável e o projeto elétrico (veja Agronomia, máquinas mecanizadas e calculadoras de campo).
8. Fiação das válvulas (quando o desenho tem controlador ou rota de fios): menor caminho de cada controlador até cada válvula, estações em ordem de distância e, para cada controlador, o fio comum e o fio de estação de cada válvula de menor custo tal que cada solenoide, ao abrir (corrente de partida) com as outras válvulas do seu turno já ligadas (corrente de retenção), tenha pelo menos a tensão mínima. A queda é I·R·L no fio de estação mais, em cada trecho do comum, a corrente das válvulas além dele; os comprimentos incluem a folga. Sem turnos, todas as válvulas ficam ligadas juntas, como no cálculo hidráulico. Uma válvula mestra fica ligada com todas as zonas (saída 0, fio próprio, a sua corrente no comum), e cada estação de aspersores com válvula ocupa uma estação com os aspersores em paralelo. Informa estações, comprimentos de rota e de fio, bitolas, tensões nos solenoides e a corrente de pico de cada controlador; avisa sobre válvulas sem fio, rotas que não chegam a um controlador, controladores com poucas estações ou abrindo mais válvulas do que acionam juntas e tensões abaixo da mínima.
9. Materiais: tubos por diâmetro e classe, emissores, fitas, válvulas, acessórios, bombas (com seleção automática a partir do catálogo e motor padrão IEC; horímetros das bombas), pivôs com torres, aspersores e reguladores, conexões selecionadas automaticamente da geometria (luvas por barra, cotovelos, tês, cruzetas, reduções, tampões, derivações de lateral, finais de fita, hastes) e os itens elétricos (fios por bitola, controladores e os seus acessórios, dois conectores à prova d'água por válvula), com custos, códigos FINAME quando o catálogo os traz, custo anualizado (fator de recuperação de capital) mais energia; também separados por setor (Materiais por setor) e para a seleção atual (Editar → Materiais da seleção…). As bombas de reserva das estações de bombeamento, os vasos de ar, as referências de bloco marcadas para contar, as faixas de carretel e os sulcos e, quando ligados, os itens da elétrica da casa de bombas, do gerador solar e do sistema de dois fios (Energia, água e máquinas) também entram. O comprimento dos tubos segue o terreno (√(L² + Δz²) com o terreno nas duas pontas), nas perdas como na lista de materiais.

O cálculo roda num Web Worker no navegador (ou num isolate no desktop) e devolve à interface as entidades redimensionadas e os resultados; enquanto ele roda, a edição é bloqueada para não perder alterações (salvo se Editar durante o cálculo estiver ligado em Ver → Snaps e desenho…: o cálculo trabalha então numa cópia e os resultados dele, desatualizados, são descartados), mas navegação, relatórios e outras abas seguem livres; o cartão de progresso tem um Cancelar. Com Projeto → Analisar automaticamente ao editar, um instante depois de cada edição o projeto é analisado de novo sem redimensionar, e pressões, vazões e mensagens acompanham o desenho (um indicador na barra de status mostra isso).

Verificação de projeto

Mensagens do cálculo

Cada zona, turno e etapa pode emitir avisos, mostrados na aba Mensagens e junto ao item: pressão fora da janela, velocidade excedida, classe de pressão excedida (em operação ou por golpe de aríete), válvula fora da faixa de vazão, bomba fora da curva, NPSH disponível abaixo do que a bomba exige, inversor que não alcança a pressão alvo ou que precisaria de rotação abaixo da mínima, fonte com vazão ou pressão excedida, déficit de pressão na válvula, no pivô ou numa estação de aspersores com válvula (ou estação acima da janela, ou fora de todos os turnos), LP inviável (com o método guloso assumindo), linha principal em anel (o LP leva o balanço de energia de cada anel e repete com as novas vazões; a análise final confere), componentes de catálogo ausentes, taxa de aplicação do pivô acima do limite do solo, bomba abaixo da vazão mínima da sua curva ou acima da potência do motor, LP interrompido no limite de iterações (o método guloso dimensiona), desnível de um setor maior que a janela dos emissores, setor que um dispositivo regulador mantém abaixo da pressão nominal, pressão abaixo da atmosférica num tubo (a linha piezométrica abaixo dele), sobra de pressão numa válvula de setor que não regula, estação ou turno que pede mais corrente do que o controlador dá, os turnos de um dia que não cabem na janela de rega, entre outras.

Assistente de projeto: explicações e correção com um clique

A aba Mensagens e a verificação do projeto mostram cada problema num cartão: o que aconteceu, por que importa e como resolver, um botão para mostrar o item no desenho, Perguntar à IA (que abre o assistente de IA com uma pergunta sobre aquela mensagem; nada é enviado antes de você clicar em Enviar) e, quando existe, um botão que corrige (cada correção é um passo de desfazer). Além do desenho e dos resultados, o assistente confere configurações impossíveis: velocidade, horas, parâmetros econômicos, tolerância, variação na zona ou temperatura da água fora das faixas físicas, nenhum tubo habilitado no catálogo para um uso, máximos da fonte abaixo dos valores de projeto, zonas fora de todos os turnos, turnos vazios, pressão do emissor fora da faixa do bocal, rotação da bomba fora da faixa.

• Correções: ligar um item solto ao lado do tubo, remover tubos de comprimento zero, vértices repetidos e duplicados, renomear zonas repetidas, escolher (ou inserir) a bomba de menor custo de ciclo de vida, trocar por submersa a bomba de superfície que não consegue succionar, tubo de classe de pressão maior, válvula do tamanho certo, dividir as zonas em mais turnos, voltar aos parâmetros padrão, pôr num turno as zonas esquecidas, a pressão nominal do emissor, controlador com estações suficientes (o próximo tamanho padrão), habilitar os fios do catálogo, dividir uma área que cruza a si mesma em áreas simples, manter só um de dois tubos desenhados um sobre o outro, ligar um aspersor solto ao tubo mais próximo por um tubo curto, usar os máximos da fonte no projeto, entre outras.
• Corrigir automaticamente (menu Projeto, FIX): correções seguras e cálculos em rodadas até não haver mais o que corrigir, tudo num único passo de desfazer, com um resumo do que mudou e do que depende de uma decisão sua (bomba na rede pública, turnos novos: nunca aplicados sozinhos).
• Otimizar projeto (menu Projeto, OPT): menor custo anual (investimento anualizado + energia) que atende todos os requisitos — dimensionamento LP, as menores válvulas adequadas e a bomba de menor custo de ciclo de vida — por etapas, cada uma mantida só se melhorar e não trouxer aviso novo, com comparação antes / depois.
• Os dois listam cada correção ou mudança com uma caixa e um botão que a mostra no desenho: Manter só as marcadas volta o projeto ao que era e refaz só essas, num passo de desfazer.
• Depois de um cálculo com erros a aba Mensagens abre sozinha e mostra quantos problemas há.

Análises da linha principal e da operação

Rodam sobre o projeto calculado (cada uma diz o que falta quando não há cálculo ou fonte de água); o que propõem (ventosas inseridas, horários, turnos, rotas de fios, um fator de C) é aplicado num único passo de desfazer. As longas (operação sob demanda, criticidade, calibração, a tarifa horária, o agrupamento por energia, o projeto ao longo da vida) mostram o progresso e param com Cancelar.

Agronomia, máquinas mecanizadas e calculadoras de campo

• Clima do local (Projeto → Clima do local…): normais mensais de ETo (Penman-Monteith FAO), chuva (média e provável), radiação solar, umidade mínima e vento a 2 m, baixadas para o local da NASA POWER (o padrão, livre para qualquer uso) ou do Open-Meteo (histórico meteorológico, ERA5; para uso não comercial), lidas de um arquivo de estação do INMET, calculadas a partir das normais de uma estação, ou digitadas, guardadas no projeto com a sua origem. O balanço hídrico diário do solo, o programa de rega, a fertirrigação por estágio, a uniformidade no campo e as culturas do usuário estão em Agronomia e manejo da irrigação; a elétrica da casa de bombas, o bombeamento solar no projeto, a qualidade da água, a fiação em dois fios, os vários pivôs, as faixas de carretel e os sulcos em Energia, água e máquinas.
• Necessidade por cultura (aba de relatório): cada área irrigada com uma cultura da tabela FAO-56 ganha a sua tabela por mês e fase de desenvolvimento a partir do clima do local, do solo (12 classes texturais do USDA), do método de chuva efetiva (USDA-SCS, FAO/AGLW, empírico da FAO, uma fração da chuva), da necessidade de lixiviação para a salinidade da água (FAO-29) e, no gotejamento, da redução do Kc pela cobertura do solo; totais por área e a categoria de licenciamento da Resolução CONAMA 284/2001 por método e área (informativa).
• Máquinas mecanizadas: as Propriedades de um pivô central ou linear abrem Pacote, temporizador, braço, VRI e elétrica…: o pacote de aspersores (vazão por saída para uma lâmina uniforme, reguladores, pendurais, bocais numerados ou do catálogo, canhão final e booster), a tabela do temporizador pela transmissão, um braço de canto que segue um caminho guia (com o aviso de salto), uma prescrição de taxa variável por zonas ou setores (CSV) e o projeto elétrico (queda no cabo vão a vão, partida dos motores, tamanho do gerador). As abas Pacote do pivô e Braço, VRI e elétrica os listam.
• Calculadoras (menu Ferramentas): lateral (comprimento máximo, perdas e uniformidade de uma lateral ou fita em declive); bomba e curva do sistema (ponto de operação, potência e energia anual); golpe de aríete (sobrepressão de Joukowsky contra a classe do tubo); bombeamento solar (gerador fotovoltaico para o volume diário de cada mês, com a comparação com a rede); bulbo molhado de um gotejador e a fração molhada da área; orçamento hídrico do paisagismo (MAWA e ETWU, com tempos de ciclo e infiltração); autopropelido (espaçamento entre faixas, velocidade, lâmina, perda na mangueira, pressão de entrada); irrigação por superfície (sulcos, faixas e bacias por balanço de volume: avanço, corte, eficiências); tubo janelado (aberturas das janelas ou diâmetros dos furos para uma vazão por sulco).