SIMULAÇÃO HIDRÁULICA DE REDES DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA COM O USO DO EPANET 2.0 – APLICAÇÃO EM SETORES DE ITAJUBÁ – M.G Fernando das Graças Braga da Silva1, Marcus Nantes Valadão2 e Regina Mambelli Barros3 RESUMO --- A cada dia que passa os recursos naturais são mais escassos e a demanda por água aumenta, exigindo cada vez mais que se melhore o gerenciamento das redes de distribuição de água. Os métodos e softwares de simulação de redes são cada vez mais aplicáveis, sendo ferramentas essenciais para um bom gerenciamento. O EPANET 2.0 é um software muito utilizado que gera dados de saída, tais como, pressão nos nó e vazão nos trechos da rede em estudo. Com esses dados gerados é possível efetuar estudos visando a redução de perdas por vazamentos. Neste trabalho aplicou-se o EPANET 2.0 a uma rede real da cidade de Itajubá –MG. Os resultados obtidos demonstraram-se bons, pois notou-se uma coerência nos valores de pressão e vazão simulados quando correlacionados com cotas do terreno e demanda nos nós. .
ABSTRACT --- To every day that passes the natural resources they are scarcer and the demand for water increases, demanding more and more that improves the management of the water distribution systens. The methods and softwares of simulation of water distribution systens are more and more applicable, being essential tools for a good management. The EPANET 2.0 is a very used software that it generates exit data, such as, pressure in nodes and flow in the stretch of the system in study. With those generated data it is possible to make studies seeking the reduction of losses for leaks. In this work EPANET 2.0 was applied to a real network of Itajubá -MG city. The obtained results were demonstrated good, because it was noticed a coherence in the pressure values and simulate flow when correlations with quotas of the land and demands in the nodes.
Palavras-chave: redes de distribuição de água, simulação, epanet.
1
Professor Adjunto I da Universidade Federal de Itajubá MG, Instituto de Recursos Naturais, , Av. BPS,1303, Pinheirinho, Itajubá-M.G, 37500-903. email:
[email protected] 2 Engenheiro Hídrico, Universidade Federal de Itajubá M.G, Instituto de Recursos Naturais,., Av. BPS,1303, Pinheirinho, Itajubá-M.G, 37500-903. email
[email protected] 3 Professora Adjunta I da Universidade Federal de Itajubá, MG, Instituto de Recursos Naturais Av. BPS,1303, Pinheirinho, Itajubá-M.G, 37500-903. email:
[email protected] I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
1
1 - INTRODUÇÃO A necessidade de um bom gerenciamento dos recursos hídricos é uma questão atual, cada dia que passa os recursos naturais são mais escassos e a demanda humana por água aumenta. Esta é uma boa justificativa para o propósito deste trabalho, ou seja, sistemas de redes de distribuição de água mais eficientes para buscar minimizar as perdas, detectar os pontos deficientes da rede, bem como, estar garantindo uma melhor qualidade da água que é distribuída para a população. Sendo considerado que há um déficit entre a quantidade total de água produzida e a quantidade de água que efetivamente é entregue aos consumidores, um estudo mais detalhado da eficiência hidráulica das redes de distribuição de água deve ser realizado. As possíveis causas para esta diferença são vazamentos em tubulações e conexões, medidas inferiores às reais em hidrômetros, consumo público não registrado ou conexões ilegais (SOARES, 2003). Os modelos de simulação do comportamento de redes de distribuição de água são ferramentas essências para um bom gerenciamento, já que a rede que está sendo estudada se encontra inteiramente em mãos e suas características podem ser detalhadas em cada elemento. No Brasil grande parte dos serviços de água e saneamento são efetuados por empresas públicas, municipais e estaduais. Apesar de estarem prestando um serviço relevante em áreas significativas, estas empresas estão operando com deficiências estruturais e operacionais. Há também que se considerar que os dados que já foram analisados não refletem o alto nível de deterioração dos sistemas de abastecimento de água e esgoto tanto em termos qualitativos como quantitativos. A gestão de redes de distribuição deve ser realizada sempre dando ênfase a esses problemas, para que sejam determinados os pontos fracos do sistema para conseqüente recuperação. A simulação computacional nos dias de hoje tem atingido um elevado grau de importância para a aquisição de conhecimento e de controle e operação de sistemas complexos. Com o advento do computador pode-se a partir daí trabalhar com um número enorme de variáveis. O EPANET que foi o software escolhido para se realizar as simulações é um programa computacional já consagrado e que foi concebido para ser uma ferramenta de apoio a análise de sistemas de distribuição, possibilitando melhorar o conhecimento sobre o transporte da água para consumo humano. É uma ferramenta que pode ser usada onde seja necessário efetuar simulações de sistemas de distribuição. O EPANET pode ajudar na gestão através da análise de estratégias alternativas, possibilitando melhorar a qualidade da água da rede, através de, por exemplo: alteração de esquemas de funcionamento de grupos elevatórios e enchimento/esvaziamento de reservatórios de nível variável, alterações na utilização de origens de água num sistema com múltiplas origens, utilização de tratamento adicional, por exemplo a recloragem, I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
2
seleção de tubos para limpeza e substituição. Dentro deste contexto o objetivo deste trabalho foi aplicar o software EPANET 2.0 para avaliação hidráulica de um setor de rede da Cidade de Itajubá-S.P.
2 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 2.1) Modelos de Simulação A simulação hidráulica avalia as respostas do sistema face às decisões operacionais em termos das suas variáveis de estado: pressão, vazão e níveis nos tanques. É, portanto, uma ferramenta essencial à rotina computacional que quantifica os objetivos estabelecidos. Utilizou-se, neste trabalho, o EPANET 2.0, via Toolkit (ROSSMAN, 2000) para este fim, pois, além de tratar-se de uma ferramenta de domínio público, é bastante flexível com relação às mudanças de funcionamento, quando necessárias, de dispositivos tais como válvulas, bombas, entre outros. Modelos de simulação são modelos matemáticos cujas técnicas permitem representar alternativas propostas e simular condições reais que poderiam ocorrer dentro de uma faixa de incertezas, inerentes ao conhecimento. (TUCCI, 1998). De acordo com SILVA (2003) apesar do reconhecimento dos modelos matemáticos como ferramentas úteis à análise hidráulica das redes de distribuição de água para abastecimento, na prática, eles são pouco utilizados. Mesmo com aperfeiçoamentos e até sofisticações dos modelos hoje existentes, de maneira a reduzir as hipóteses simplificadoras sobre os sistemas físicos reais e introduzir dispositivos de cálculo cada vez mais eficiente, diverso são as razões para que os profissionais da área releguem-nos a segundo plano. Dentre elas, figura a inexistência de cadastros atualizados de maneira a refletir a realidade de campo; a falta de setorização ou mesmo em certos casos inadequada, muitas vezes pelo simples desconhecimento dos registros existentes ou a da condição operacional dos mesmos; e o desconhecimento de grandezas características tais como níveis de reservatórios e demandas. As redes existentes podem ser consideradas sistemas resultantes de intervenções de várias naturezas. Desde a implantação das mesmas, alterações substanciais das demandas ocorrem principalmente devido ao crescimento e à redistribuição da população ao longo de seu traçado, muitas vezes já submetida a expansões e ações de reabilitação (substituições, adições e limpeza); fatores como envelhecimento, desgaste e ocorrência de incrustações fazem com que características como as rugosidades e os diâmetros internos dos condutos sofram alterações substanciais; pressões internas excessivas e tráfego intenso promovem o surgimento de aberturas nos condutos, acessórios e junções, que passam a apresentar vazamentos.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
3
Além das redes sofrerem as citadas intervenções, geralmente não se pode contar com o cadastro fidedigno de tais sistemas, dado que a atualização de informações pelas equipes de campo nem sempre é realizada. Assim, é muito comum não se dispor, por exemplo, de informações completas sobre a localização dos registros existentes e suas condições de funcionamento. Inspeções de campo podem complementar tais informações, mas é usual que os acessos aos registros desapareçam como conseqüência da execução de obras como o asfaltamento de vias públicas. Segundo AZEVEDO et al. (2000), a crescente complexidade do gerenciamento de recursos hídricos, tanto no planejamento como na solução de conflitos por água em qualidade e quantidade, tem necessitado do emprego de técnicas e instrumentos capazes de auxiliar na tomada de decisão dos técnicos direta ou indiretamente responsáveis por sua operação. De acordo com ALBANO (2004), uma das ferramentas utilizadas na gestão de recursos hídricos é a modelagem matemática, seja de quantidade ou de qualidade de água. Um modelo matemático consiste da resolução de uma única equação ou um conjunto de equações matemáticas formuladas para representar um processo natural ou artificial. O processo de modelagem, de forma geral, envolve o conhecimento:
do fenômeno a ser estudado;
do problema a ser resolvido;
da abstração (uma simplificação do problema);
dos objetivos, restrições e critérios de solução que devem ser declarados;
da definição e a formulação do modelo com a escolha das equações que descrevem o processo e algoritmos de solução;
da verificação do modelo quanto à lógica de cálculo e formulação das equações;
da calibração do modelo (comparação entre o processo modelado e o real);
da avaliação do modelo para um possível refinamento;
da análise de sensibilidade (identifica e aprimora o nível de precisão do modelo);
da validação (comparação entre o processo modelado e um novo conjunto de dados reais);
da simulação propriamente dita.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
4
A simulação matemática tem como principal vantagem à flexibilidade em representar sistemas simples e sistemas complexos na forma de modelos computacionais. A modelagem em rede de fluxo permite a tomada de decisão através de um conjunto de soluções viáveis que podem ser otimizadas por técnicas específicas. (ARAÚJO, 2002) As equações da continuidade e da conservação da energia e a relação entre a perda de carga e a vazão, que caracterizam as condições de equilíbrio hidráulico da rede num dado instante, podem ser resolvidas através de um Método Híbrido Nó-Malha. TODINI e PILATI (1987) optaram por designá-lo como sendo o “Método Gradiente”, método utilizado no simulador hidráulico EPANET para obtenção dos valores de pressão e vazão na rede. 2.2) Análise de redes De acordo com SOUZA (1994), um sistema de distribuição de água ou uma rede hidráulica é definido como qualquer arranjo de tubos para o propósito de transportar água ao consumidor. Esse sistema é considerado como uma coleção de vários tipos de componentes que são interligados em uma pré-determinada maneira. Uma canalização tem dois terminais que podem ser conectados numa rede. Similarmente uma bomba ou qualquer outro componente hidráulico pode ser conectado a dois terminais da rede. O comportamento de cada componente na rede é verificado experimentalmente em laboratório ou por relações empíricas. A rede hidráulica consiste de um numero qualquer de nós e trechos de acordo com qualquer configuração desejada. Fontes ou reservatórios podem ser introduzidos em qualquer nó, e cada trecho pode incluir bombas, turbinas, válvulas e outros elementos hidráulicos onde a relação energia-vazão é conhecida. A análise em regime permanente de sistemas de distribuição de água é um problema de grande importância na engenharia. As equações hidráulicas básicas que descrevem o fenômeno são equações algébricas não lineares e não podem ser resolvidas algebricamente. Normalmente, a solução para o problema de redes é obtida quando algumas condições hidráulicas são satisfeitas:
A soma algébrica das vazões em qualquer nó deve ser igual a zero (conservação da massa em cada nó);
O valor da energia piezométrica em um nó deve ser a mesma para todos os tubos conectados a este nó;
A relação de carga e vazão deve ser satisfeita para cada elemento da rede.
A solução dos problemas de projetos de redes consiste nos diâmetros, vazões, perdas de carga para todos os elementos do sistema, e os correspondentes valores das condições de contorno. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
5
2.3) Epanet De acordo com ROSSMAN (2002) o EPANET é um programa de computador que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água de sistemas de distribuição em pressão. Uma rede é constituída por tubos, bombas, válvulas, reservatórios de nível fixo e/ou reservatórios de nível variável. O EPANET permite obter os valores da vazão em cada trecho, da pressão em cada nó, da altura de água em cada reservatório de nível variável e da concentração de espécies químicas através da rede durante o período de simulação, subdividido em múltiplos passos de cálculo. Adicionalmente, para além de espécies químicas, o cálculo da idade da água e o rastreio da origem de água em qualquer ponto da rede também podem ser levados a cabo. O EPANET foi concebido para ser uma ferramenta de apoio à análise de sistemas de distribuição, melhorando o conhecimento sobre o transporte e o destino dos constituintes da água para consumo humano. Pode ser utilizado em diversas situações onde seja necessário efetuar simulações de sistemas de distribuição. O estabelecimento de cenários de projeto (p.ex., expansão de uma rede existente), a calibração de modelos hidráulicos, a análise do decaimento do cloro residual e a avaliação dos consumos constituem alguns exemplos. O EPANET pode ajudar a analisar estratégias alternativas de gestão, de modo a melhorar a qualidade da água através do sistema, através de, por exemplo:
alterações na utilização de origens de água num sistema com múltiplas origens;
alteração de esquemas de funcionamento de grupos elevatórios e enchimento/esvaziamento de reservatórios de nível variável;
utilização de tratamento adicional, como seja a recloragem;
seleção de tubos para limpeza e substituição.
Em ambiente Windows, o EPANET fornece um ambiente integrado para editar dados de entrada da rede, executar simulações hidráulicas e de qualidade da água e visualizar os resultados em vários formatos. Estes últimos incluem a possibilidade de visualizar mapas da rede com codificação a cores, tabelas de dados, gráficos de séries temporais e gráficos de isolinhas.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
6
3 – MATERIAIS E MÉTODOS 3.1) Procedimentos Gerais Fizeram parte dos procedimentos do trabalho a coleta de dados através de mapas cedidos pela COPASA e por meio de visitas a campo. Também foi confeccionado um mapa em AUTOCAD. Depois foram inseridos no software esses dados de entrada, são eles: comprimentos e diâmetros das tubulações bem como a rugosidade absoluta para cada tubo da rede de acordo com seu tipo de material, as cotas para cada nó e o nível do reservatório. E por fim, o programa EPANET 2.0 fornece os dados de saída que são, as pressões em cada nó e a vazão nos trechos. 3.2) Área de Estudo A Figura 1 mostra a foto panorâmica do bairro em estudo. Destaca-se que se trata de um bairro (Jardim América) de classe média situada em uma região de relativa elevada topografia da Cidade de Itajubá-M.G.
Figura 1 – Foto parcial do Bairro Jardim América A Figura 2 ilustra o reservatório na entrada do bairro no dia em que foi ser feita a coleta das características e dos dados da rede em campo. Destaca-se que o sistema é administrado pela Copasa.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
7
Figura 2 – Foto do reservatório do Bairro Jardim América
3.3)EPANET A Figura 3 ilustra o ambiente de trabalho EPANET 2.0, através da rede exemplificada na figura pode-se perceber que o programa permitiu-nos visualizar a rede após ser traçada no programa e com ela seus elementos (reservatório de nível fixo, nós e trechos).
Figura 3 – Ambiente de Trabalho EPANET 2.0 Após ter montado o layout da rede, mostrado na Figura 4, foi feita a configuração das propriedades dos objetos desta. Sendo assim, cada elemento vai sendo caracterizado com o preenchimento dos campos referentes à cota, ao consumo e o fator de consumo, para os nós, e comprimento, diâmetro e rugosidade (fator C), para os tubos de cada trecho.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
8
Figura 4 – Mapa da rede depois de criados os nós, RNF e Tubos
Para o reservatório de nível fixo é introduzido o valor do nível de água e para o reservatório de nível variável (quando houver) é introduzido à cota de fundo, a altura de água inicial, a altura máxima e o diâmetro.
4 – RESULTADOS As simulações foram realizadas em três padrões de demanda, sendo eles com Fator de Consumo (FC) 1.0, 0.8 e 2.2, referentes à média, mínima e máxima, respectivamente. Os dados de entrada coletados em campo estão nas Tabelas 1 e 2.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
9
Tabela 1 – Dados coletados em campo para cada Trecho Trecho:
Nó Inicial
Nó Final:
ID
Comprimento
Diâmetro
[m]
[mm]
T1
1
RNF1
83.92
100
T2
1
5
51,97
54
T3
5
2
129,72
54
T4
5
6
66,19
54
T5
6
9
166,84
54
T6
6
3
87,50
54
T7
6
7
64,89
54
T8
7
10
75,00
54
T9
7
4
86.57
54
T10
7
8
135,93
54
T11
RNF1
11
317,92
100
T12
11
16
139,18
54
T13
11
12
84,52
54
T14
14
16
84,30
54
T15
12
14
60.96
54
T16
16
17
212,91
54
T17
14
15
95,00
54
T18
12
13
96,25
54
RNF1 – Reservatório de Nível Fixo.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
10
Tabela 2 – Dados coletados em campo para cada Nó Nó
Cota [m]
1
937
2
903
3
894
4
882
5
932
6
916
7
906
8
895
9
897
10
887
11
899
12
883
13
869
14
887
15
873
16
901
17
881
RNF1
964
Resultados com Fator de Consumo médio 1.0. Depois de montada a rede foi realizada a simulação estática desta tendo como fator de consumo 1.0, resultando numa rede que gerou os resultados apresentados nas Tabelas 3 e 4. Tabela 3 – Resultados nos nós - FC 1.0 Nó ID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 RNF1
Consumo [l/s]] 0.03 0.23 0.00 0.02 0.08 0.10 0.10 0.05 0.04 0.04 0.04 0.13 0.09 0.10 0.10 0.05 0.05 -1.26
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
Carga Hidráulica [m] 963.99 963.82 963.82 963.79 963.87 963.82 963.80 963.79 963.81 963.79 963.97 963.92 963.91 963.91 963.91 963.92 963.92 964.00
Pressão [mca] 26.99 60.82 69.82 81.79 31.87 47.82 57.80 68.79 66.81 76.79 64.97 80.92 94.91 76.91 90.91 62.92 82.92 0.00
11
Tabela 4 – Resultados nos Trechos - FC 1.0 Trecho: ID T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18
Vazão [l/s] 0.69 0.66 0.23 0.35 0.04 0.00 0.21 0.04 0.02 0.05 0.57 0.22 0.31 0.12 0.09 0.05 0.10 0.09
Velocidade [m/s] 0.09 0.29 0.10 0.15 0.02 0.00 0.09 0.02 0.01 0.02 0.07 0.10 0.14 0.05 0.04 0.02 0.05 0.04
Perda de Carga [m/km] 0.13 2.34 0.36 0.77 0.02 0.00 0.32 0.02 0.01 0.03 0.10 0.35 0.62 0.08 0.05 0.03 0.06 0.05
Através da Tabela 5 pode-se verificar que existe coerência nos dados gerados pelo EPANET, já que a pressão apresentada para cada nó apresenta um valor um pouco menor que a diferença entre o Nível do Reservatório e a Cota Geométrica. Tabela 5 – Verificação da coerência dos dados gerados pelo EPANET Nó ID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 RNF1
Cota [m] 937 903 894 882 932 916 906 895 897 887 899 883 869 887 873 901 881 964
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
Pressão [mca] 26.99 60.82 69.82 81.79 31.87 47.82 57.80 68.79 66.81 76.79 64.97 80.92 94.91 76.91 90.91 62.92 82.92 0.00
Variação geométrica RNF1 – Cota [m] 27 61 70 82 32 48 58 69 67 77 65 81 95 77 91 63 83 0
12
A Figura 5 é um gráfico Pressão [mca] x Nós, no qual é possível visualizar a variação da pressão na rede.
Pressão por Nó
Pressão [mca]
100 80 60 40 20 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Nós
Figura 5 – Pressão em cada nó
A Figura 6 ilustra a Vazão [l/s] x Trecho, no qual é possível visualizar a vazão em cada trecho da rede de abastecimento do bairro Jardim América.
Vazão [l/s]
Vazão por Trecho 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Trechos
Figura 6 – Vazão em cada Tubo - FC 1.0 Para uma melhor visualização da rede com suas respectivas variações de Pressão e Vazão para cada nó e tubo, respectivamente, foi montada a rede, ilustrada pela Figura 7, com variação de cor para cada faixa de valores gerados. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
13
Figura 7 – Mapa da rede - Pressão e Vazão nos nós e trechos, respectivamente - FC 1.0 Através da Figura 7 fica fácil visualizar que os nós com maior pressão são os que estão em cotas geométricas baixas.
Resultados com fator de consumo 0.8. Depois de montada a rede e realizada a simulação com fator de consumo 1.0, foi realizada a simulação estática tendo como fator de consumo 0.8. Os resultados gerados para esse fator de consumo apresentam-se nas Tabelas 6 e 7. Tabela 6 – Resultados nos nós - FC 0.8 Nó
Cota [m]
Consumo [l/s]
Pressão [mca]
1
937
0,02
26,99
2
903
0,18
60,88
3
894
0,00
69,88
4
882
0,01
81,86
5
932
0,06
31,91
6
916
0,08
47,88
7
906
0,08
57,86
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
14
8
895
0,04
68,86
9
897
0,03
66,87
10
887
0,03
76,86
11
899
0,03
64,98
12
883
0,10
80,94
13
869
0,07
94,94
14
887
0,08
76,94
15
873
0,08
90,94
16
901
0,04
62,95
17
881
0,04
82,94
RNF1
964
-1,01
0,00
Pode-se verificar nesta tabela em relação à Tabela 3 – Resultados nos nós – FC 1.0 que com a redução do consumo a um aumento da pressão nos nós. Tabela 7 – Resultados nos Trechos - FC 0.8 Trecho
Comprimento
Diâmetro
Vazão
Velocidade
Perda de carga
ID
[m]
[mm]
[l/s]
[m/s]
[m/km]
T1
83,92
100
0,55
0,07
0,09
T2
51,97
54
0,53
0,23
1,57
T3
129,72
54
0,18
0,08
0,25
T4
66,19
54
0,28
0,12
0,52
T5
166,84
54
0,03
0,01
0,01
T6
87,5
54
0,00
0,00
0,00
T7
64,89
54
0,17
0,07
0,22
T8
75
54
0,03
0,01
0,02
T9
86,57
54
0,01
0,01
0,01
T10
135,93
54
0,04
0,02
0,02
T11
317,92
100
0,46
0,06
0,06
T12
139,18
54
0,18
0,08
0,24
T13
84,52
54
0,25
0,11
0,42
T14
84,3
54
0,10
0,04
0,05
T15
60,96
54
0,07
0,03
0,04
T16
212,91
54
0,04
0,02
0,02
T17
95
54
0,08
0,04
0,04
T18
96,25
54
0,07
0,03
0,04
Com a redução da vazão e com isso da velocidade, pode-se verificar uma redução na perda de carga, do fator de consumo 0.8 em relação ao 1.0.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
15
Resultados com fator de consumo 2.2. Da mesma forma como feito para os fatores 0,8 e 1,0 foi realizada a simulação para o fator de demanda máxima 2.2. Os resultados são apresentados nas Tabelas 8 e 9. Tabela 8 – Resultados nos nós - FC 2.2 Nó
Cota [m]
Consumo [l/s]
Pressão [mca]
1
937
0,06
26,96
2
903
0,50
60,26
3
894
0,01
69,24
4
882
0,04
81,15
5
932
0,17
31,45
6
916
0,22
47,24
7
906
0,22
57,16
8
895
0,11
68,15
9
897
0,08
66,23
10
887
0,09
76,15
11
899
0,08
64,88
12
883
0,28
80,67
13
869
0,20
94,64
14
887
0,23
76,65
15
873
0,23
90,61
16
901
0,12
62,69
17
881
0,12
82,67
RNF1
964
-2,78
0,00
Pode-se perceber comparando esta Tabela 8 com as Tabelas 3 e 6 referentes aos fatores de demanda 1.0 e 0.8 que com o aumento do consumo pode-se verificar uma redução nas pressões dos nós.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
16
Tabela 9 – Resultados nos Tubos - FC 2.2 Trecho
Comprimento
Diâmetro
Vazão
Velocidade
Perda de carga
ID
[m]
[mm]
[l/s]
[m/s]
[m/km]
T1
83,92
100
1,51
0,19
0,52
T2
51,97
54
1,45
0,63
9,84
T3
129,72
54
0,50
0,22
1,45
T4
66,19
54
0,78
0,34
3,14
T5
166,84
54
0,08
0,04
0,04
T6
87,5
54
0,01
0,00
0,01
T7
64,89
54
0,46
0,20
1,25
T8
75
54
0,09
0,04
0,04
T9
86,57
54
0,04
0,02
0,02
T10
135,93
54
0,11
0,05
0,06
T11
317,92
100
1,26
0,16
0,38
T12
139,18
54
0,49
0,21
1,39
T13
84,52
54
0,69
0,30
2,52
T14
84,3
54
0,26
0,11
0,45
T15
60,96
54
0,20
0,09
0,30
T16
212,91
54
0,12
0,05
0,07
T17
95
54
0,23
0,10
0,37
T18
96,25
54
0,20
0,09
0,29
Com o aumento da vazão e com isso da velocidade, pode-se verificar um aumento significativo na perda de carga do fator de consumo 2.2 em relação aos fatores 1.0 e 0.8.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
17
5- CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Foi realizado neste trabalho um estudo de simulação hidráulica de redes de abastecimento de água em setores de Itajubá – MG. O grande ganho deste trabalho foi a inovação, no sentido de ter sido realizado um estudo de simulação em um setor de uma rede que ainda não tinha sido objeto de estudos de simulação de redes de abastecimento, além de serem coletados dados para a montagem de parte do Sistema de Abastecimento de Água de Itajubá em Auto-CAD. Após a elaboração do trabalho pode-se verificar a coerência dos resultados gerados pelo EPANET 2.0, já que a pressões apresentadas para cada nó tiveram um valor um pouco menor que a diferença entre o Nível do Reservatório e a Cota Geométrica, não havendo discrepâncias entre esses valores. A veracidade dos valores foi reforçada com a proximidade dos resultados gerados neste trabalho e o de ALVES (2006) a ser apresentado em outro artigo, ambos os trabalhos trataram da mesma rede – Bairro Jardim América. Os resultados obtidos fornecem uma quantidade de informações preliminares para se iniciar o trabalho de gerenciamento da rede reduzindo as perdas e localizando os pontos de prováveis atuais e futuros vazamentos. As perdas podem ser reduzidas ou eliminadas verificando-se a variação de pressão na rede e os pontos de risco (elevada pressão). Recomendam-se para trabalhos futuros, em termos de novas perspectivas, estudos de validação dos trabalhos dando maior ênfase ao trabalho de campo. E para aperfeiçoamento das simulações e de seus resultados propõem-se trabalhos de calibração da rede, para que seja possível estar trabalhando com valores cada vez mais próximos ao da rede real. Seria interessante também a realização de coletas de demandas ao longo do dia para que sejam realizadas também simulações dinâmicas. E já que o software permite, seria interessante realizar estudos de variação da qualidade da água no percurso que esta faz em seu transporte pela rede.
AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Copasa Itajubá-M.G. por todo apoio nos dados fornecidos, principalmente aos engenheiros Tales e Eduardo. Agradece-se também ao Instituto de Recursos Naturais por sempre apoiar iniciativas de pesquisa e a Fapemig por ter sempre colaborado em divulgações de trabalhos científicos em eventos.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
18
BIBLIOGRAFIA ALBANO, G. D.(2004) Integração de um Modelo Matemático de Quantidade de Água em Rede de Fluxo ACQUANET) com um Modelo Matemático de Qualidade de Água em Represas (CE-QUALR1) Estudo de Caso: Represa Jaguari-Jacaréi – Sistema Cantareira. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo/SP. ARAÚJO, J. K.(2002) Calibração de Redes de Distribuição de água pelo método inverso aplicado a escoamento transiente. Escola de Engenharia de São Carlos – USP. São Carlos/SP, 2002. (Tese de Doutorado) AZEVEDO, L. G. T. et al. (2000). Integration of Water Quantity and Quality in Strategic River Basin Planning. Journal of Water Resources Planning and Management. March/April. ROSSMAN, L. A. (2000). – EPANET 2 – users manual, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio. ROSSMAN, L. A. (2002). – EPANET 2 – Manual do Utilizador, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, Lisboa/Portugal.
SILVA, Fernando G. B. (2003). Estudos de Calibração de Redes de Distribuição de Água através de Algoritmos Genéticos – Tese de doutorado apresentada a Universidade de São Paulo, Campus de São Carlos. São Carlos/SP. SOARES, A. K. (2003).Calibração de Modelos de Redes de Distribuição de Água para Abastecimento Considerando Vazamentos e Demandas Dirigidas por Pressão, EESC-USP. São Carlos/SP. SOUZA, R. S.(1994) Aspectos Computacionais da Análise de Redes de Distribuição de Água com Componentes Hidráulicos em Regime Permanente, EESC-USP. São Carlos/SP. TODINI, E.; PILATI, S. (1987). A Gradient Algorithm for the Analysis of Pipe Networks. In: Coulbeck, B. (ed.); Orr, C. H. (ed.): Computer Applications in Water Supply – System Analysis and Simulation, vol. 1, p. 1-20. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
19
TUCCI, C. E. M. (1998)(Coord.). Modelos Hidrológicos. Associação Brasileira de Recursos Hídricos (ABRH). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre/RS.
I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro Oeste
20
