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 técnico científico (Moura, 2006).
A nível mundial, estes modelos simuladores, inserem-se dentro dos instrumentos comput acionais mais consagrados, na elaboração, aprovação, execução do projecto e na avaliação do desempenho dos sistemas de distribuição de água. Desta forma, estes modelos, constituem um complemento deveras importante para a experiência dos técnicos envolvidos. Estes últimos permitem um acesso a informação de grande relevância para execução de determinadas funções, como a manutenção diária, controlo de perdas, a reabilitação de sistemas, avaliação do impacto de novos licenciamentos, escolha de pontos de amostra, bem como, a qualidade da água, entre outros. Em suma, trata-se de programas computacionais que permitem uma fácil inserção de dados de forma interactiva. A nível de resultados, estes mesmos, produzem-nos na forma tabular e/ou gráfica, o que permite uma leitura fácil, flexível e com bastante poder de síntese (Coelho et al, 2006).
Quanto à classificação destes modelos, muitos autores, classificam-nos de variadíssimas formas, uns em função da variável tempo e da sua função, outros, segundo três grandes famílias, ou seja, modelos de simulação estática, de simulação dinâmica e de dimensionamento (Baixinho, 2002). Neste trabalho, os modelos de simulação são classificados da seguinte forma:
• Modelos de simulação hidráulica; • Modelos de simulação de qualidade.
No primeiro, as características físicas e hidráulicas das componentes do sistema, devem ser representadas com o auxílio de um conjunto de equações matemáticas que
ilustram as relações hidráulicas e a geometria existente entre os vários elementos do sistema (Baixinho, 2002).
Nos modelos de simulação de qualidade, simula-se o movimento de uma substância num determinado percurso do sistema, assim como as alterações cinéticas sofridas na sua concentração, sejam elas devidas à reacção com outras substâncias presentes na água ou com o material em contacto (Baixinho, 2002).
Será pertinente referir que estes modelos de simulação, podem ainda ser subdivididos em dois tipos, a saber, modelos de simulação dinâmicos e modelos de simulação estáticos. O primeiro, definido pela variável tempo, isto é, a simulação é feita ao longo do tempo, representada através de uma sequência de fotografias como um filme de acontecimentos, ou seja, é mais realista. Enquanto no segundo, a simulação é feita sem a variável tempo, representada por uma fotografia.
2.4.1. Características de alguns modelos
Na actualidade, temos ao nosso dispôr vários programas informáticos, softwares de simulação que permitem prever e determinar uma amálgama de dados relativas à quantidade e qualidade da água. Esta matéria, está em constante desenvolvimento e quase todos os programas têm como principal objectivo aliar um modelo hidráulico a um modelo de qualidade, permitindo uma fácil entrada e saída de dados, e, consequentemente a respectiva apresentação.
Hoje em dia existem uma variada gama de modelos de simulação ao nosso dispôr. A seguir, vamos passar a descrever três dos vários modelos existentes, a saber, o Watercad, H2Onet e SynerGEE.
O Watercad é um sistema completo e extremamente eficaz de modelação, planeamento e de simulação da distribuição das redes de água. É de fácil manuseamento (a escolha da plataforma de uso fica ao critério do usuário, podendo ser o MicroStation ou o AutoCad, permitindo que se usufrua de operações com gráficos 3D), possibilitando
uma entrada fácil dos dados, relacionando-os com os já arquivados, permitindo simular cenários de emergência e encontrar as melhores estratégias operacionais para superá- los. Por outro lado, organiza a concepção e a topologia das redes. Desenvolve estratégias de poupança de energia, debruçando-se, igualmente sobre a análise hidráulica e qualidade da água (Watercad, 2009).
O WaterCad divide-se em duas ‘plataformas’ interceptáveis: o Windows stand- alone que inclui programas a nível de cartografia e simbologia de redes avançados, tal como a possibilidade de conversão em CAD, GIS e base de dados e o MicroStation, incluindo em si funcionalidades geoespaciais (Watercad, 2009).
Há ainda a referir os módulos do WaterCad especializados em calibração, design, simplificação e segurança: Darwin Calibrator, Darwin Designer, Skelebrator e SCADAConnect (Watercad, 2009).
O H2ONet é um poderoso programa de simulação e de optimização da distribuição de água. Permite obter a melhor combinação quanto à melhoria da concepção e execução do sistema hidráulico a um custo mínimo. É possível conceber e avaliar um design económico e eficaz que, possibilita uma modernização das alternativas de distribuição de água existentes, modificando os sistemas de conduta da mesma. É um instrumento de planeamento e apoio à decisão. Determina rapidamente a melhor forma de substituir, fortalecer e expandir o abastecimento de água, apresentando opções num período de tempo reduzido, graças à simulação feita em ambiente gráfico (EPS). As potencialidades do mesmo estendem-se desde o H2ONet Analyzer, passando pelo H2ONet Designer, H2ONet Calibrator, H2ONet Tracer, H2ONet Skeletonizer, H2ONet Adviser até ao H2ONet Scheduler (Schmid, 2002).
O SynerGEE é um software de simulação utilizado para modelar e analisar sistemas de distribuição de água. Tem aplicações em mais de 600 empresas de engenharia distribuídas pelo mundo, permitindo a realização de análises hidráulicas e de qualidade da água, conjugando em si múltiplos componentes. Uma das vantagens mais significativas é o facto de este produto ser altamente flexível, ou seja, é possível optar por uma análise hidráulica a uma única zona, alargando-a posteriormente a uma propagação da pressão da água até vastas regiões. Para além disso, o Synergee engloba
em si mesmo, mecanismos de controlo para bombas, válvulas reguladoras e operacionais (Synergee, 2009).
Este tipo de ‘network modeling’ teve uma aplicação prática deveras eficaz na região de Dublin, reduzindo a fuga de água de 48% para 28%, obtendo-se, ainda, uma melhoria quanto à gestão dos sistemas de abastecimento de água. Também em San Diego foi usada com sucesso, provocando em todos os clientes e demais utilizadores da água proveniente das redes públicas de distribuição, uma grande satisfação (Synergee, 2009).
Mais adiante, neste trabalho, descrever-se-á em pormenor o programa EPANET o qual foi utilizado para a realização deste trabalho.
Resumindo, os modelos simuladores têm como objectivo principal, prever, representar um dado real, um acontecimento dos sistemas de distribuição de água. No entanto, tal objectivo só é possível perante uma calibração do modelo de simulação, pois a calibração tem como objectivo fundamental a aproximação do modelo à situação real. A proximidade entre ambos é tanto maior, quanto maior for a compatibilidade entre o modelo e a situação real.
2.4.2. Calibração dos Modelos
Segundo (Alegre, 1999), calibrar um modelo é, conforme se extrai do próprio conceito, introduzir no modelo, em si mesmo, as correcções indispensáveis e suficientes, procurando que o mesmo reproduza, com grande rigor, a situação real. Neste sentido, a calibração de um modelo hidráulico, caracteriza-se como um processo complexo e iterativo, o qual visa o ajustamento de certos dados de entrada (parâmetros), correntemente designados como os coeficientes de resistência das fórmulas de perdas de carga para cada tubagem e os consumos atribuídos a cada nó. Assim sendo, este processo tem como finalidade, obter uma concordância entre os valores calculados pelo
modelo e os correspondentes valores medidos no protótipo, isto é, no sistema de distribuição de água real.
Ao longo dos últimos anos, tem-se constatado que um dos obstáculos do processo de calibragem, prende-se com o ajuste final dos valores das rugosidades absolutas dos tubos. No campo da pesquisa, foram desenvolvidas várias tabelas que nos permitem prever, qual a rugosidade do tubo, em função das características do material, a saber, o diâmetro e a idade. Posto isto, estas tabelas podem-nos ser úteis para tubos novos, no entanto a sua aplicabilidade para tubos velhos diminui significativamente com a idade destes, devido à incrustação causada pelas propriedades químicas da água. Por fim, para fazer face a este problema, será conveniente efectuar uma separação da rede de distribuição de água, em zonas que tenham as mesmas características do material, bem como a idade dos tubos.
Como tal, é da nossa conveniência referir que o programa EPANET permite uma análise comparativa entre os resultados deste modelo simulador e os dados de medição “in loco”.