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OpenFlows – 11 soluções para engenharia hidrológica, hidráulica e sanitária

Ter soluções para resolver problemas relacionados com a água não é novidade. É claro que, à moda antiga, o engenheiro tinha que fazer isso com métodos iterativos que eram tediosos e não relacionados ao ambiente CAD/GIS. Hoje, o gêmeo digital conecta processos de análise, projeto de infraestrutura e análise todos os dias, incluindo não apenas modelagem para sua construção, mas também operação.

No ano passado tive a oportunidade de conversar com um colega que acompanho desde então na Haestad Methods. Refiro-me a Bob Mankowski, que junto com Benoit Fredericque me atendeu durante o evento Going Digital Awards em Singapura. E, falando em avanços em gêmeos digitais para monitoramento, tocamos no tema soluções hídricas, fazendo uma comparação entre o que era a modelagem antes do CAD/BIM e o que representa agora a gestão integrada.

Daí surgiu este resumo, que finalmente representei graficamente para resumir as ferramentas que existem para o desenvolvimento de projetos de dimensão significativa, como planos diretores, planos de desenvolvimento territorial e otimização de operações de sistemas de distribuição de água potável, águas residuais e águas pluviais.

A. Soluções para esgoto pluvial (OpenFlows STORM)

STORM é uma solução que permite análises e simulações para o projeto de sistemas de esgoto pluvial. Possui métodos de engenharia hidrológica em aspectos como cálculo de escoamento de captação, capacidades de entrada e vazões de redes de tubulação e infraestruturas de canalização. Oferece funções que outras plataformas possuem, como HEC-RAS, com a diferença de que esta é uma solução mais abrangente para um profissional, focada não só na análise, mas também no projeto e, portanto, pode ser integrada à engenharia viária e urbanística com ferramentas como OpenRoads ou OpenSite.

OpenFlow STORM existe nestas duas versões:

1. Tempestade Civil

2. TempestadeCAD.

A diferença entre essas duas versões é que o CivilStorm roda de forma independente ou em Microstation/OpenRoads, enquanto o StormCAD roda em AutoCAD. Ambos possuem funcionalidades semelhantes, embora aqueles que rodam em AutoCAD sejam uma versão mais limitada e menos abrangente para interagir com outras soluções da Bentley Sytstems.

Com o STORM, um profissional de Hidrologia poderá aplicar o método racional para calcular vazões máximas no projeto de esgotos pluviais. Você pode especificar dados de Intensidade-Duração-Frequência usando equações ou tabelas e, em seguida, traçar as isoietas e reutilizar os dados em outros projetos. Suporta um número ilimitado de áreas de sub-bacias e coeficientes C para cada bacia de entrada, sendo capaz de agrupar áreas contribuintes externas, fluxos adicionais e fluxos remanescentes para modelar o escoamento não local que contribui para a descarga em qualquer entrada. StormCAD fornece vários métodos para calcular o tempo de fluxo, incluindo velocidade total do tubo, velocidade normal, velocidade média e final ponderada.

Para que um profissional, ao aplicar o Método Racional, seja capaz de resolver sem problemas uma tabela intensidade-duração-frequência (IDF) definida pelo usuário, Hydro-35, equação da tabela IDF, equação da curva IDF, equação logarítmica polinomial IDF. Além disso, métodos de tempo de concentração: definidos pelo usuário, Carter, Eagleson, Espey/Winslow, Federal Aviation Agency, Kerby/Hathaway, Kirpich (PA e TN), comprimento e velocidade, SCS Lag, TR-55 Sheet Flow, TR -55 Shallow Concentrated Fluxo, Fluxo do Canal TR-55, Onda Cinemática, Amigo, Bransby-Williams.

Talvez uma das coisas que mais me impressionou seja a quantidade de métodos já automatizados. Um profissional de hidráulica será capaz de fazer simulações de estado estacionário, bem como análises de capacidade e remanso usando métodos de perfil. Também pelos métodos de perda de pressão você pode aplicar curva AASHTO, HEC-22, padrão, absoluta, genérica e perda de pressão-fluxo.

Adicionalmente, simulação de desvios, projeto automático baseado em restrições, métodos de perda por atrito: Manning, Kutter, Darcy-Weisbach e Hazen-Williams.

Em termos de interoperabilidade, o STORM possui formas de integrar mapas de fundo, como imagens do Bing, bem como outras plataformas CAD, GIS e de banco de dados. Pode interagir com dados LandXML, MX Drainage, DXF, DWG, Shapefile, MicroDrainage.

B. Soluções para sistemas hidrossanitários (GEMS)

A linha GEMS possui essas duas versões, muito parecidas com o STORM:

3. EsgotoGEMS

4. EsgotoCAD

Em essência, são ferramentas para modelar sistemas de redes de águas residuais e esgotos.

Diferentemente do que poderia ser feito com funcionalidades básicas como as fornecidas pelo Civil3D, o SewerCAD é uma solução especializada para cenários completos que incluem análise, projeto e operação; aplicação de métodos de calibração e integração a modelos de regulação como SCADA.

A força do SewerCAD em termos de gerenciamento de modelos é que ele pode lidar com vários cenários e alternativas. Comparações podem ser feitas, relatórios customizáveis podem ser gerados, tanto em nível de dados tabulares quanto espaciais, incluindo controle topológico. Esses resultados podem ser exibidos graficamente, diretamente no ArcMap ou como um i-model Bentley Map.

Os profissionais de hidráulica poderão encontrar todo o conjunto de equações de St. Venant, bem como motores dinâmicos implícitos e explícitos EPA-SWMM. É possível gerar simulações de períodos prolongados e também em modo estacionário. Adicionalmente, inclui funcionalidades integradas para cálculos de tempestades, bueiros, integração de redes com lagoas, infraestruturas de bombagem e sanitárias, o que normalmente seria feito separadamente através da introdução direta dos dados; gerenciando um formato unificado para projetos SewerCAD, CivilStorm e StormCAD.

As demais soluções GEMS destinam-se ao projeto e operação de sistemas de redes de água potável:

5. ÁguaGEMS

6. ÁguaCAD

As funcionalidades são semelhantes ao Sewer em relação à abordagem sistêmica de otimização, projeto, calibração e operação de redes completas acopladas a indicadores SCADA, com opção de aplicação de parâmetros APEX automatizados.

Os profissionais de hidráulica irão gostar de ver como os cálculos iterativos que costumavam fazer com folhas logarítmicas e interpolação gráfica são incluídos aqui de forma automatizada, assim como os procedimentos de calibração de Darwin para projeto, reabilitação e controle de redes de água potável.

A interoperabilidade é muito semelhante às demais plataformas, literalmente todos os tipos de infraestrutura de um sistema de água potável podem ser modelados, podendo interagir tanto com AutoCAD quanto com ArcMap, inclusive HAMMER.

Semelhante ao STORM, SewerGEMS e WaterGEMS funcionam de forma independente ou em plataformas Bentley Systems (Microstation / OpenRoads), enquanto SewerCAD e WaterCAD funcionam em AutoCAD. Além disso, pode funcionar no ArcGIS.

C. Soluções para modelagem de barragens (PondPack)

7. Pacote Lagoa

No desenho de sistemas urbanos modernos, onde a topografia não é tão pronunciada, a gestão de barragens de captação ou reciclagem de água é vital, uma vez que numa tempestade as águas não têm um fluxo natural por gravidade em direção a um rio como acontece nas topografias irregulares. .

PondPack é uma solução específica para a gestão de sistemas de uma ou várias barragens de captação, onde é necessário estimar vazões máximas, tempos de enchimento e esvaziamento através da aplicação de métodos hidrológicos que garantam a redução dos riscos de inundação.

Semelhante aos demais aplicativos, mas com o mesmo nome, o PondPack possui uma versão autônoma, uma que roda em Microstation e outra em AutoCAD.

Profissionais de engenharia hidrológica ou hidráulica serão capazes de modelar eventos ilimitados usando métodos como SCS 24 horas tipo I, IA, II e II para sistemas de distribuição de águas pluviais para modelos como Centro-Oeste dos EUA, dados de tempestades medidos e também curvas I-D-F. Da mesma forma, para métodos de concentração podem ser aplicados Carter, Eagleson, Espey/Winslow, entre outros.

D. Soluções para inundações (FLOOD)

8. INUNDAÇÃO

Trata-se de uma ferramenta de modelagem, análise e mitigação de riscos de enchentes urbanas, margens de rios e áreas costeiras de influência. Os profissionais do planeamento territorial encontrariam no FLOOD uma solução tanto para os sistemas de drenagem urbana como para a análise de infraestruturas críticas aplicadas à hidráulica e à hidrologia.

Com o FLOOD é possível simular fenômenos como tempestades, saturação do solo, rompimento de barragens, rompimento de diques, rompimento de sistemas de drenagem, tsunamis, elevação do nível do mar ou cenários atípicos de marés.

FLOOD é uma aplicação independente, mas pode interagir com modelos trabalhados no SewerGEMS referentes a redes de esgoto. Você pode importar dados de formatos TIN gerados com ferramentas da Bentley Systems, ContexCapture; Ele também pode gerar saídas para LumenRT e em termos de formatos raster, GDAL suporta arquivos ARC, ADF e TIFF. Outros formatos suportados incluem WKT, EsriShapefile, NASA DTM e LumenRT 3D.

E. Soluções para transientes hidráulicos (HAMMER)

9. MARTELO

Esta é uma ferramenta específica para um dos processos críticos dos sistemas hidráulicos, denominados transientes. Quando se trata de conectar sistemas, sejam eles novos ou uma combinação com sistemas existentes, é necessário estimar situações críticas nas diferentes infraestruturas interligadas (tanques, válvulas, tubulações, turbinas, etc.)

O HAMMER pode modelar cenários e alternativas ilimitadas, com topologias conceituais ou geográficas. A análise pode validar cada nó, podendo testar diferentes condições de pressão, velocidade, características gravimétricas de líquidos, pressão de vapor e períodos de estimativa.

Um profissional poderá encontrar métodos automatizados que antes eram feitos manualmente com iterações quase infinitas para tarefas como golpe de aríete com bombeamento e velocidade variável, bem como métodos de fricção usando Hazen Williams, Darcy Weisbach ou Mannings tanto diretos quanto combinados. E quanto aos controles lógicos ou baseados em regras, Unsteady – Vitovsky pode ser aplicado.

F. Soluções para cálculos hidráulicos (MASTER)

10. CurlvertMaster

11.FlowMaster

São calculadoras hidráulicas para projeto de infraestrutura de sistemas de água, que incluem não apenas análises conceituais, mas também a aplicação de diferentes materiais, seções e condições de entrada.

Concluindo, OpenFlows promete ser a melhor solução para engenharia hídrica, até porque a integração a ambientes CAD/GIS supera outros tipos de soluções que são limitadas na sua abrangência e orientação para o ciclo completo da infraestrutura.