EPANET

O software de modelação escolhido para a realização deste estudo foi o EPANET. Trata-se de um programa de modelação de sistemas de distribuição de água em pressão desenvolvido pelo departamento de abastecimento de água (Water Supply and Water Resources Management) da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos da América (US EPA). A primeira versão deste software surgiu em 1993 e foi disponibilizado ao público em janeiro 2003. (Rossman, 2000)

É um simulador amplamente testado e credível, que beneficia há mais de uma década de uma alargada comunidade de utilizadores em todo o mundo (Rossman, 2000). Em Portugal este programa e o seu guia foram adaptados e traduzidos pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil. (LNEC)

A grande vantagem para a utilização do EPANET passa pelo facto de este ser um software de domínio público e, portanto, acessível de forma gratuita a todos os interessados. Não só é grátis, como necessita de relativamente pequena capacidade de cálculo para operar, logo não apresenta a limitação de serem “pesados” para o computador. O EPANET vem acompanhado de um guia, também de acesso gratuito, para a sua utilização.

Este programa potencia toda a fase da aprendizagem e formação do know-how interno da entidade gestora, sem o prejuízo de mais tarde se tomar a opção por outro software, em função da evolução dos principais sistemas de informação da entidade gestora, como o sistema de telegestão, e da oferta de alternativas no mercado. (Coelho, Loureiro & Alegre, 2006)

Apesar de atualmente existirem mais opções, o EPANET, continua a ser dos softwares mais utilizados por indústrias, gestores, planeadores e investigadores ligados ao setor do abastecimento de água. Tornou-se uma ferramenta bastante popular, tanto em países desenvolvidos como em desenvolvimento, para a análise de redes de distribuição mais simples ou mais complexas. (Oyelowo, 2013)

Irá ser abordada de forma mais detalhada a descrição do software, as suas capacidades e funcionalidades no tópico seguinte.

3.1. Descrição do programa

O EPANET é um programa de computador que permite a realização de simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água de sistemas de distribuição de água em pressão. (Rossman, 2000)

Este software foi concebido com o propósito de ser uma ferramenta de apoio à análise de sistemas de distribuição, contribuindo para a melhoria do conhecimento sobre o transporte e o destino dos constituintes da água para consumo humano. A sua utilização pode ser aplicada a situações onde haja necessidade de efetuar simulações de sistemas de distribuição. A possibilidade de se estabelecerem cenários de projeto (como por exemplo, 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 das suas funcionalidades. O EPANET consegue, portanto, auxiliar à análise de estratégias alternativas de gestão, de modo a melhorar a qualidade da água através do sistema. (Rossman, 2000)

O EPANET é executável em sistema operativo Windows e fornece um ambiente integrado para editar dados de entrada da rede, executar simulações hidráulicas e de qualidade da água, possibilitando ainda a visualização de resultados em vários formatos, como por exemplo, a possibilidade de visualizar mapas de rede com codificação a cores, tabelas de dados, gráficos de séries temporais e gráficos de isolinhas. (Rossman, 2000)

3.2. Capacidades de modelação hidráulica

No que toca às capacidades de modelação hidráulica, o EPANET compreende um conjunto de ferramentas de cálculo para apoio à simulação hidráulica, das quais se destacam como principais características (Rossman, 2000):

· Dimensão (número de componentes) da rede a analisar ilimitada;

· Cálculo da perda de carga utilizando as fórmulas de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach ou Chezy-Manning;

· Consideração das perdas de carga singulares em curvas, alargamentos, estreitamentos, etc.; · Modelação de bombas de velocidade constante ou variável;

· Cálculo da energia de bombeamento e do respetivo custo;

· Modelação dos principais tipos de válvulas, incluindo válvulas de seccionamento, de retenção, reguladoras de pressão e de caudal;

· Modelação de reservatórios de armazenamento de nível variável, de formas diversas, através de curvas de volume em função da altura de água;

· Múltiplas categorias de consumo nos nós, cada uma com um padrão próprio de variação no tempo;

· Modelação da relação entre pressão e caudal efluente de dispositivos emissores (p.ex. aspersores de rega, ou consumos dependentes da pressão);

· Possibilidade de basear as condições de operação do sistema em controlos simples, dependentes de uma só condição (p.ex.; altura de água num reservatório de nível variável, tempo), ou em controlos com condições múltiplas.

Uma rede completamente caracterizada e uma modelação hidráulica fiável constituem pré- requisitos essenciais para a correta modelação de qualidade da água.

3.3. Capacidades de modelação de qualidade da água

Para além da modelação hidráulica, o EPANET fornece as seguintes possibilidades relativamente à modelação da qualidade da água (Rossman, 2000):

· Modelação do transporte de um constituinte não-reativo (por exemplo, um traçador) através da rede ao longo do tempo;

· Modelação do transporte, mistura e transformação de um constituinte reativo, à medida que este sofre decaimento (por exemplo, cloro residual) ou crescimento (por exemplo, um subproduto da desinfeção) com o tempo;

· Modelação do tempo de percurso da água através da rede;

· Cálculo da percentagem de caudal que, com origem em determinado nó, atinge qualquer outro nó ao longo do tempo (por exemplo, cálculo da importância relativa de duas origens de água diferentes);

· Modelação de reações de decaimento do cloro no seio do escoamento e na parede da tubagem;

· Utilização de cinéticas de ordem n para modelar reações no seio do escoamento em tubagens e reservatórios;

· Utilização de cinéticas de ordem 0 ou 1 para modelar reações na parede das tubagens; · Definição de limites para a transferência de massa na modelação de reações na parede; · Permitir que as reações de crescimento ou decaimento sejam controladas por um valor de

concentração-limite;

· Aplicação à rede de coeficientes de reação globais, que podem ser modificados individualmente para cada tubagem;

· Possibilidade de relacionar o coeficiente de reação na parede com a rugosidade da tubagem;

· Definição de variação temporal da concentração ou de entrada de massa em qualquer ponto da rede;

· Modelação de reservatórios de armazenamento de nível variável como reatores de mistura completa, de escoamento em êmbolo ou ainda de mistura com dois compartimentos.

Tirando partido destas possibilidades, o EPANET pode efetuar os seguintes tipos de análise (Rossman, 2000):

· Mistura de água a partir de diversas origens;

· Determinação do tempo de percurso da água através de um sistema; · Determinação da perda de cloro residual;

· Determinação do crescimento de subprodutos da desinfeção; · Rastreio da propagação de contaminantes ao longo da rede.