HydIrrig: Um pacote para o dimensionamento hidráulico de sistemas de irrigação

Abstract

Ao longo dos anos diversos modelos matemáticos foram propostos para o dimensionamento hidráulico. A modelagem hidráulica é uma simplificação da realidade de sistemas complexos. Neste trabalho, desenvolveram-se equações numéricas a partir das equações básicas da hidráulica: Equação de Bernoulli, Equação da Continuidade e Equação Universal da Perda de Carga com fator f calculado pela Equação de Colebook-White. Foi utilizando o método backstep para realizar o cálculo passo a passo. Essas equações foram implementadas em linguagem R no formato de funções e agrupadas em um pacote denominado HydIrrig. A aplicação uniforme e a vazão média dos emissores são parâmetros importantes para o dimensionamento hidráulico, neste contexto se utilizou esses parâmetros como condições de restrição no algoritmo, para determinar a pressão no início da linha lateral ou na subunidade de irrigação. Foram desenvolvidas 10 funções com diferentes finalidades: ll a fim de dimensionar uma linha lateral; hf quantificar a perda de carga; coefic calcular os coeficientes da linha lateral; subuni define uma subunidade de irrigação, composta por linhas laterais e linha de derivação; llh indica a pressão no início de uma linha lateral; subunih estabelece a pressão no início de uma linha lateral em uma subunidade; lld define o diâmetro de uma linha lateral; subunid estabelece o diâmetro das linhas laterais em uma subunidade. Para estabelecer o dimensionamento hidráulico, foram desenvolvidas ainda as funções llhd e subunihd que estabelecem, respectivamente, a pressão e diâmetro necessários no início de uma linha lateral ou de uma subunidade. As funções desenvolvidas em R apresentaram alta acurácia na resolução, sendo que o tempo de execução das funções foi insignificante. O HydIrrig se apresentou como uma ferramenta prática e rápida para o dimensionamento hidráulico. O pacote está disponível na plataforma GitHub: https://github.com/FernandaFOS/HydIrrig.

Various mathematical models were proposed for hydraulic design over the years. Hydraulic modeling is a simplification of complex systems. In this work, numerical equations were developed from basic hydraulic equations: Bernoulli equation, Continuity equation, and Darcy–Weisbach equation with factor f calculated by the Colebrook–White equation. The backstep method was used to perform all the steps of the calculation. These equations were implemented in programming language R by functions and grouped into a package named HydIrrig. Important parameters in hydraulic design are uniform application and average emitter flow rate. In this context, these parameters were applied as restrictions on the algorithm, to determine the pressure at the start of the lateral line or in the irrigation subunit. Ten functions were developed with different purposes: ll to design a lateral line; hf to quantify head loss; coefic to calculate the coefficients of the lateral line; subuni to define an irrigation subunit with lateral line and the manifold; llh to determine the pressure at the start of the lateral line; subunih to establish the pressure at the start of a lateral line in a subunit; lld to set the diameter of a lateral line; subunid to establish the diameter of lateral lines in a subunit. In order to enhance the hydraulic design, the functions llhd and subunihd were established to set the diameter and pressure required at the start of a lateral line or a subunit. Our functions in language R showed high accuracy in resolution, and runtime was insignificant. HydIrrig performed as a practical and fast tool for hydraulic designing. The package is available on Git Hub platform: https://github.com/FernandaFOS/HydIrrig.