Componentes fundamentais ou importantes em sistemas de água

Burns (2002) considera que um componente crítico para um sistema caracteriza-se por ser mais vulnerável a falhas totais ou parciais provocadas por perigos, o que pode reduzir a capacidade do sistema em satisfazer os requisitos mínimos de serviços. ALA (2002a) considera que um componente é fundamental segundo o impacto que sua falha provoca na operatividade do sistema, ou seja, componentes que afetam de maneira importante a confiabilidade do sistema de abastecimento de água. Ainda que os componentes fundamentais são suscetíveis a falhas, o que determina sua importância é o aporte do componente ao desempenho do sistema. Assim, o conceito estabelecido pela ALA (2002a) é mais aceitável na avaliação de vulnerabilidade.

ALA (2002a) propõe o desenvolvimento de índices operacionais para determinar os componentes fundamentais. Estes índices ou taxas servem para definir a importância dos componentes com respeito ao desempenho do sistema, e são baseados em critérios de especialistas. Este tipo de abordagem é aplicável em sistemas simples, mas em aqueles com grande quantidade de componentes é de difícil aplicação.

Para determinar componentes importantes, considerando a vazão, a OMS/OPS (1988; 1993) propõe determinar a disponibilidade de um componente, ou seja, a capacidade de fornecer a vazão demandada em um instante ou período determinado. A disponibilidade nominal do componente é igual à razão entre a vazão nominal produzida pelo componente e à vazão média demandada.

Os indicadores anteriores proporcionam uma idéia da contribuição individual de cada componente. Mas, não necessariamente a importância pontual significa que o componente tem uma grande importância para o desempenho do sistema.

Para a determinação da importância hidráulica, as relações são estabelecidas para nós e linhas. Bouchart e Goulter (1989) estabelecem a importância relativa de uma linha da rede de distribuição a partir da relação entre a vazão na linha (FL) e a vazão total da rede (Qtotal).

Esta relação é denominada importância relativa da linha ou trecho (WBL), a equação (1)

mostra como é determinada. Qtotal

F

WB L

Goulter et al. (2000: cap.18.43) redefinem a equação (1) e utilizam o termo trecho importante (LimpL) para indicar os trechos da rede com importância para o sistema. Um

LimpL é definido pela proporção da demanda que o sistema não poderá fornecer quando o

trecho L for interrompido. A equação (2) é proposta para determinar LimpL, para uma vazão

total na rede (Qtotal) e uma vazão na linha (FL) que não poderá satisfazer-se se o trecho L for

interrompido. Qtotal F Qtotal Limp L L − = (2)

Na equação (2) o termo (Qtotal − FL) corresponde à vazão produzida pelo sistema

quando há uma falha no trecho ou linha L. Esta equação permite determinar a importância de um trecho em uma rede, a partir da vazão total remanescente ou disponível e a vazão requerida pelo sistema.

Na análise de importância de trechos, as equações (1) e (2) são relativamente similares. Dado que as duas são baseadas em resultados estáticos, não apresentam uma idéia real do comportamento do sistema no tempo. Para ter uma informação real sobre o desempenho do sistema, quando um trecho é interrompido, é preciso que se relacione a vazão remanentescente à pressão mínima requerida em cada nó. Considerando isto, é possível reconhecer a redundância permitida pela configuração do sistema e também a influência do componente para manter a pressão mínima requerida nos diferentes nós.

A redundância é definida como via alternativa ou como a capacidade excedente disponível em condições normais de operação que pode ser utilizada quando um ou mais componentes operam em estado de falha (GOULTER et al., 2000; KALUNGI; TANYIMBOH, 2003). Desta forma, é possível que um ponto seja abastecido por diferentes vias, aumentando assim a confiabilidade do sistema.

A importância de um trecho pode ser determinada com base na vulnerabilidade do sistema, quando a linha em estudo é fechada. Desta forma, utilizando-se as equações de confiabilidade, descrita no item 2.3.2, é possível determinar a probabilidade de que a vazão requerida seja satisfeita, considerando a configuração do sistema. Neste caso, a importância de trecho por vulnerabilidade (Limp-v) é definida como a incapacidade de o sistema abastecer a demanda total em um ciclo (Rv) e abastecer a demanda no 50% do tempo do mesmo ciclo (Ft). Na equação (3) é descrito o cálculo da importância segundo a confiabilidade do sistema, nas equações (7) e (12) apresenta-se o cálculo de Rv e Ft.

Limp-v=(1-Rv*Ft)*100 trecho interrompido em todo o ciclo (3) A equação (3) é proposta nesta pesquisa para determinar a importância de uma linha e é o indicador utilizado para definir e ordenar as linhas mais importantes para o funcionamento do sistema. Considera-se que uma linha é importante se em falha provoca uma vulnerabilidade hidráulica maior que 10%. A equação (3) corresponde à vulnerabilidade intermediária, quando uma determinada linha é fechada.

Nas análises hidráulicas de sistemas de abastecimento de água, para simplificar, o consumo é atribuído a um nó, que por conveniência, se considera como um ponto onde se concentra um determinado nível de demanda ou conexões de usuários. Neste sentido, a importância de uma linha pode ser determinada a partir da capacidade de satisfazer a demanda em um nó que abastece um usuário importante.

A importância de um determinado nó é definida pela quantidade de usuários e pelas características dos consumidores abastecidos. Reed et al. (2006) medem a importância de um nó de consumo com o quociente entre a quantidade de usuários que podem ser afetados pela falta de um trecho (Uss) e a quantidade total dos usuários (Utotal). A equação (4) determina UimpL (importância por usuários) para um nó de consumo.

Utotal Uss

Uimp L

L = *100 (4)

A equação (4) serve para definir quantitativamente o percentual de usuários que será afetada se falta o serviço em um nó. Em sistemas de água, a quantidade de usuários está relacionada à demanda de água em um nó, com isto é possível utilizar a equação (4) para determinar a importância da linha segundo o impacto sobre o abastecimento no nó. A partir disto, é proposta a equação (5), com a qual se determina a importância de uma linha por confiabilidade (UimpL-c) a partir da vazão requerida no nó (qreq) com relação ao consumo

total (Qtotal). Qtotal q Uimp req n c - L = *100 para (Rvn*Ftn)<0,90 (5)

A qualificação ou priorização de nós pode ser determinada através da importância do trecho, considerando usuários especiais. Um usuário especial corresponde a um setor que precise de água com maior prioridade que outros, alguns setores ou centros de interesse social, em situações de emergência, podem aumentar o consumo, este é o caso de hospitais, de centros de desabrigados, entre outros. Contrário a estes usuários prioritários, grandes consumidores podem não ter a necessidade serem abastecidos de imediato, como por exemplo: algumas indústrias, comércios não prioritarios, instituições públicas, centros de lazer, entre outros.

Depois de obter os valores que definem a importância de cada componente, é preciso determinar quais são considerados para análise de vulnerabilidade do sistema. Aqueles componentes que têm grande importância são avaliados visando determinar o comportamento do sistema ante as falhas.