MODELOS HIDRÁULICOS EM REGIME NÃO PERMANENTE

Na simulação em regime transiente, as condições de fluxo, vazão e pressão, em um ponto são variáveis em função do tempo. Um escoamento transiente é definido pelas condições de vazão e pressão que ocorrem entre duas condições quase permanentes. A alteração no comportamento inicial permanente pode se dar pela parada ou acionamento de uma bomba, pela abertura ou fechamento de uma válvula, por queda repentina de energia ou por outra causa que altere as condições de pressão e vazão.

O aumento de estudos em condições transientes é recente, com pouco mais de duas décadas. Alguns pesquisadores estudam a determinação das perdas de carga dos condutos durante um evento transiente, outros se concentram na determinação e detecção de vazamentos.

3.2.1. MÉTODOS EXPLÍCITOS OU DIRETOS

ONIZUKA (1986) estudou transientes lentos e escoamento permanente em redes hidráulicas, através da teoria da coluna rígida. O método não precisou de procedimento iterativo, já que as equações foram integradas pelo método de Runge- Kutta.

SHIMADA (1989) propôs um modelo, denominado método de incidência, baseado na teoria da coluna rígida para a análise de transientes em redes hidráulicas. Verificou que a dificuldade da resolução das equações diferenciais ordinárias se relacionava com o movimento de abertura da válvula. Ainda propôs uma técnica de ajuste das vazões nas tubulações, para satisfazer a continuidade nos nós.

KARNEY & McINNIS (1990) analisaram o efeito que o transiente hidráulico provoca na estrutura e nos custos da obra. Afirmaram que não havia uma compreensão completa dos efeitos do fenômeno. Segundo Araújo (2003), os autores contestaram três famosos axiomas dos transientes hidráulicos em redes: (a) máxima velocidade no estado permanente produz uma máxima variação de pressão; (b) o efeito transiente é amenizado quando se trata de redes ramificadas; (c) se um dispositivo de proteção é bom, dois ou mais são melhores. Araújo afirma que os autores encaram essas ideias como “folclore” e sem sustentação científica. Que os autores afirmam que os “transientes não são influenciados somente pelas características físicas do sistema; sua intensidade e comportamento dependem da permanência de fatores, tais como: configuração da rede, duração dos eventos e condições iniciais”.

RIGHETTO (1994) desenvolveu um algoritmo baseado no MOC que foi aplicado no estudo de caso de redes sujeitas a pressões negativas, a variações de demanda, ao processo de ajuste dos coeficientes de atrito de tubulações e da operação de sistemas contendo estações elevatórias, reservatórios de ponta, válvulas e “booster”. O autor implantou ainda um modelo de otimização visando alcançar a operação ótima de sistemas de distribuição de água, envolvendo parâmetros

relacionados com o consumo de energia, confiabilidade operacional, satisfação quanto ao atendimento da demanda e controle das pressões nodais. O modelo se mostrou mais eficiente que o método da coluna rígida.

LUVIZZOTO JR. (1995), utilizando o MOC, propôs um método para o escoamento permanente onde as tubulações são tratadas como um trecho único, resultando em apenas duas seções de cálculo para cada tubulação, coincidindo com os nós de montante e de jusante do escoamento.

KARNEY e McINNIS (1992), assim como KARNEY e BRUNONE (1999) analisaram os transientes em redes avaliando a influência da topologia da rede nos efeitos do transiente.

SANTOS (2010) apresentou um modelo de simulação numérica para detecção de vazamentos em tubulações baseada na inspeção acústica da tubulação, o modelo apresentou bons resultados captando corretamente o fenômeno de propagação transiente.

3.2.2. MÉTODOS IMPLÍCITOS OU INVERSOS

LIGGETT & CHEN (1994) utilizaram um método transiente inverso com poucos dados transientes em uma rede.

SILVA et al. (2003), SOARES et al. (2004), DI CRISTO & LEOPARDI (2003) e VITKOVSKÝ et al. (2000) são alguns autores que utilizaram em seus trabalhos a comparação entre dados medidos e calculados na calibração de seus modelos através de método inverso. SILVA et al. (2003) estimou parâmetros de uma rede de distribuição de água a partir da minimização dos desvios entre os valores simulados hidraulicamente e dados correspondentes observados de pressão e vazão.

VITKOVSKÝ L L. (2000) afirma que, por apresentar um maior volume de dados, a análise inversa transiente é mais vantajosa que a análise feita em regime permanente.

Araújo (2003) afirma que muitos autores têm proposto métodos alternativos para localização de vazamentos em tubulações, usando medidas de carga hidráulica e vazão. Segundo ele, PUDAR e LIGGETT (1992) propuseram uma metodologia baseada na comparação de cargas ou vazões medidas em regime permanente, com simulação computacional do sistema hidráulico. O método ficou conhecido como Análise Inversa, podendo também ser feito em regime transiente.

Utilizando o método transiente inverso com um algoritmo genético, ARAÚJO (2003) propõe uma técnica para estudar a calibração de vários parâmetros a partir de dados de cargas hidráulicas transientes. Os parâmetros envolvidos no processo de calibração ou identificação são: fatores de atrito, rugosidades absolutas, diâmetros das tubulações, vazamentos e simultaneamente fatores de atrito e vazamentos. O método se mostrou eficiente mesmo com poucos dados observados.

WU e SAGE (2006) realizaram um estudo de demandas para localizar e quantificar as perdas existentes em cada trecho da rede. O estudo se baseava no acréscimo de vazões nos pontos de demanda e a consequente observação das demandas residuais.

SOARES (2007) realizou estudos de calibração aplicados à detecção e localização de vazamentos em redes sintéticas e em redes de laboratório durante evento transiente através de modelos inversos resolvidos por métodos de busca global e local. O autor observou que o modelo da coluna elástica foi ineficiente na reprodução do comportamento hidráulico do sistema de laboratório devido ao emprego de tubos plásticos. Os resultados foram satisfatórios com o uso de um modelo hidráulico que considere o comportamento viscoelástico dos materiais dos tubos.

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