ALTERAÇÃO HIDRÁULICA EM REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA VISANDO DIMINUIÇÃO DE CUSTO E MELHORIA DE EFICIÊNCIA UTILIZANDO O PROGRAMA EPANET

BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

ALTERAÇÃO HIDRÁULICA EM REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

VISANDO DIMINUIÇÃO DE CUSTO E MELHORIA DE EFICIÊNCIA

UTILIZANDO O PROGRAMA EPANET

IAGO ALVES DA SILVA OLIVEIRA

CRUZ DAS ALMAS 2014

ALTERAÇÃO HIDRÁULICA EM REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

VISANDO DIMINUIÇÃO DE CUSTO E MELHORIA DE EFICIÊNCIA

UTILIZANDO PROGRAMA EPANET

Monografia apresentada como exigência para obtenção do grau de Bacharelado em Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia.

Orientador: Jorge Luiz Rabelo

CRUZ DAS ALMAS 2014

Uma rede de distribuição de água hipotética, com a função de abastecer um suposto loteamento, de 140.000 m2, com 186 lotes, é utilizada para se propor alterações hidráulicas, visando diminuir custos financeiros e mantendo-se os requisitos hidráulicos e de demanda de vazão originais. Apesar de hipotética, o local da rede é existente e se encontra atualmente em uma região nos limites da zona urbana do município de Cruz das Almas – BA, com proposição de lotes de 240 e 450 m2. Esta rede foi elaborada por simulação hidráulica feita com o programa EPANET (software livre) e introdução de dados com suporte em SIG, feito pelo programa ArcGis, incluindo cotas altimétricas, obtidas de modelo digital do terreno (MDT), e comprimentos das tubulações. Esta rede encontra-se hidraulicamente atendendo aos requisitos de demanda de vazão dos lotes, estabelecida por estimativa de consumo per capta de água e ocupação populacional por residência em Cruz das Almas. A rede utilizada é projetada em tubo rígido PVC/PBA de DN 50 e 60 mm, classe 15, segundo especificações da NBR 5647-1/2004, bem como, a pressão nos nós da rede fica ente 10 e 50 mca (NBR 12218/1994), obtida com a utilização de dois reservatórios de nível fixo. Os objetivos deste trabalho foram os de diminuir o custo e aumentar a eficiência da rede substituindo um de seus reservatórios por alterações hidráulicas, incluindo o uso de válvulas ou de tubulação equivalente, bem como, testar o funcionamento da rede utilizando toda a tubulação com diâmetro mínimo admissível, DN 50 mm, e transformar trechos da rede de ramificada para malhada. Como resultados, após transformação de trechos da rede, de ramificada para malhada, e se aplicar um DN 50 mm comum para toda a tubulação, a rede foi simulada e, para a mesma distribuição espacial dos lotes, foi garantida a faixa de pressão recomendada nos nós da rede, bem como, suas vazões demandadas, substituindo-o reservatório de nível inferior do loteamento por um conjunto de duas válvulas PBVs (Pressure Breaker Valve).

Figura 2 – Ambiente de trabalho do EPANET. Figura 3 – Dados da Janela Navegador. Figura 4 – Mapa da Janela Navegador.

Figura 5 – Alterações das propriedades dos Trechos (tubulações). Figura 6 – Alterações das propriedades das Válvulas.

Figura 7 – Rede malhada. Figura 8 – Rede ramificada. Figura 9 – Área de estudo.

Figura 10 – Área de estudo e a distribuição do loteamento. Figura 11 – Padrão Temporal.

Figura 12 – Rede de distribuição de água original. Figura 13 – Rede Original sem RNF R2.

Figura 14 – Nós com pressões acima de 50 mca. Figura 15 – Trechos (tubulações) fechados. Figura 16 – Localização das Válvulas. Figura 17 – Trechos Adicionados.

Figura 18 – Resultado final da simulação da rede com as válvulas com menor consumo.

1 INTRODUÇÃO ... 5 2 OBJETIVOS ... 7 2.1 Objettivo Geral ... 7 2.2 Objetivo Específico ... 7 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 8 4 METODOLOGIA ... 15 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 20 6 CONCLUSÃO ... 25 REFERÊNCIAS ... 26 ANEXO DO RESUMO DO ARTIGO

1 INTRODUÇÃO

O abastecimento de água, sobretudo nas zonas urbanas é um desafio aos órgãos gestores incumbido desta tarefa, uma vez que é necessário compatibilizar demandas crescentes de água com qualidade e restrições financeiras e orçamentárias. É, portanto, frequente a proposição de novas áreas para implantação de redes de distribuição de água próximas aos limites de áreas urbanas de municípios, eventualmente, utilizando-se de ferramentas de simulação de redes e de SIG (Faria et al.,2009). A cidade de Cruz das Almas, localizada no Recôncavo do estado da Bahia, encontra-se em período de crescimento de sua área urbana e, portanto é um exemplo desta situação. Baseado na atualidade deste tema foi proposto uma rede de distribuição de água hipotética, com a função de abastecer um suposto loteamento, de 140.000m². A rede é utilizada para se sugerir alterações hidráulicas, visando diminuir custos financeiros de sua construção e mantendo-se os requisitos hidráulicos de pressão nos nós e de demanda de vazão originais que atendem a normas técnicas, bem como a necessidade de demandas hídricas baseadas em médias de consumo per capita para a cidade de Cruz das Almas. Apesar de hipotética, a rede tem seu local proposto existente e se encontra em uma região a sudoeste dos limites da zona urbana do município de Cruz das Almas, com capacidade para abastecer 186 lotes, de 240 e 450 m².

A rede idealizada e tomada como objeto de estudo foi elaborada com o auxílio do programa EPANET (Programa de Simulação Hidráulica, Energética e de Qualidade de Água) e de ferramentas SIG (Sistemas de Informações Geográficas) a partir de simulações que priorizaram as restrições técnicas de pressão e de vazão em seus nós, baseado em uma demanda média suposto por lote e variável ao longo do dia, caracterizando uma simulação dinâmica. Para manutenção das referidas características hidráulicas da rede, ela dispõe de dois reservatórios de nível fixo e uma rede de distribuição principalmente malhada, e em alguns trechos ramificadas, composta de tubos PVC/PBA de DN 50 e 60 mm. O objetivo deste trabalho foi o de estabelecer intervenções visando minimizar custos de construção da rede e aumentar sua eficiência quanto à incidência do tipo malhada em relação à ramificada. A diminuição de custo tem sua atuação pela substituição de um dos reservatórios do sistema por válvulas hidráulicas e a simulação da rede com

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar e propor alternativas para traçado e dimensionamento de redes de distribuição de água, utilizando o programa simulador de comportamento hidráulico – EPANET. que consiste em diminuir o custo da rede de distribuição de água substituindo um dos reservatórios por alterações hidráulicas, podendo incluir dispositivos tipo válvula ou tubulação equivalente.

2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO

Propor alterações hidráulicas para melhoria de desempenho da rede, com a retirada de um dos reservatórios, visando diminuir o custo da rede de distribuição de água.

Aumentar a eficiência hidráulica da rede, expandindo os trechos de classificação malhada.

Estudar as ferramentas computacionais para a montagem da rede (SIG/ArcGIS/etc) e simulação hidráulica.

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Esta dissertação teve como base o Projeto de Iniciação Científica que foi proposto pelo orientador e professor Jorge Rabelo juntamente com o discente Iago Alves, da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia. O título do projeto foi "Utilização do sistema EPANET-SIG para simulação hidráulica de uma rede de abastecimento de água em uma região do município de Cruz das Almas - BA".

O referido trabalho teve como motivação a expansão da cidade de Cruz das Almas - BA e da correspondente necessidade de adequação de sua infraestrutura, no que se refere à distribuição de água. O principal objetivo foi de elaborar, simular e analisar uma rede de abastecimento de água para um loteamento hipotético, localizado em uma região nos limites da zona urbana deste município, que apesar de ainda desabitada possui grande potencial de urbanização.

Entretanto, mais que propor e simular hidraulicamente uma rede de distribuição de água seguindo normas técnicas da ABNT e utilizando o reconhecido programa EPANET de simulação de redes de distribuição de água, o trabalho estabeleceu passos de uma metodologia que pode ser aplicada em qualquer situação, que tenha como foco a elaboração de uma rede de distribuição de água.

Existem vários programas simuladores de redes de distribuição de água. Por ser um programa gratuito, o EPANET foi a escolha para desenvolver esse trabalho. A versão original do programa foi desenvolvida pela a EPA (Environmental Protection Agency) e a versão em português foi uma iniciativa do LENS (Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento), pertencente ao Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, do Centro de Tecnologia, da Universidade Federal da Paraíba (UFPB).

3.1 COMPONENTES FÍSICOS E NÃO FÍSICOS UTILIZADOS PELO EPANET

Para modelar um sistema de distribuição de água, o EPANET utiliza um conjunto de trechos ligados a nós. Os trechos são representados por tubulações, bombas e válvulas de controle. Os nós são representados por conexões que podem ser os reservatórios de nível fixo (RNF) e os reservatórios de nível variável (RNV). A Figura 1 abaixo mostra como pode ser aplicado esses objetos para constituir uma rede.

Figura 1: Componentes físicos de um sistema de distribuição de água

Fonte: Manual do EPANET

O EPANET tem como componentes físicos os nós, os reservatórios de nível fixo e variável, tubulações, bombas, válvulas de controle, perdas de cargas singulares e dispositivos emissores do tipo orifício.

Acoplados aos componentes físicos existem três categorias de informação sobre rede: curvas, padrões e controles, que descreve os aspectos operacionais de um sistema de distribuição de água. Esses fatores são determinados como componentes não físicos.

3.2 AMBIENTE DE TRABALHO DO EPANET

A seguir, como exemplos da utilização da estrutura básica disponível na interface gráfica do programa EPANET, são detalhados alguns passos usados para realizar as intervenções mencionadas na rede, numerados em itens.

1 - Em primeiro, a configuração básica do ambiente de trabalho do EPANET, como mostra a Figura 2:

Figura 2: Ambiente de trabalho do EPANET

Fonte: Manual do EPANET

2 - A Figura 3 mostra o formulário Dados da Janela Navegador, que permite acessar os vários objetos que constituem a rede em análise.

Figura 3: Dados da Janela Navegador

Fonte: Manual do EPANET

Barra do Menu Principal Barra de Ferramenta Principal Janela do Mapa Barra de Ferramentas

Barra do Estado Janela do Editor de Propriedades Janela de Procura

Seleciona a categoria do objeto

Linha de objetos pertencentes à categoria selecionada

3 - A Figura 4 mostra o formulário Mapa da Janela Navegador, que permite selecionar os parâmetros relacionados aos nós e/ou trechos (tubulação) e o instante de simulação a visualizar, com cores, legendas de vários dados como cota, consumo e pressão, entre outros.

Figura 4: Mapa da Janela Navegador

Fonte: Manual do EPANET

4 - Para adicionar ou retirar reservatórios de nível fixo, utiliza-se:

Para adicioná-lo, seleciona-se na barra de ferramentas do mapa o seguinte ícone no Item 1:

Adiciona um reservatório de nível fixo ao mapa.

Para excluí-lo, acessa-se o formulário Dados da Janela Navegador e seleciona-se a categoria do objeto RNFs (reservatório de nível fixo) e seleciona-se o botão Apagar. Segue abaixo o ícone no Item 2:

Exclui o(s) objeto(s) selecionado(s).

5 - Para adicionar ou excluir trechos (tubulação), segue o mesmo processo que no item 4. O Item 3 mostra o ícone para adicionar os trechos:

Adiciona um trecho (tubulação) ao mapa.

Para excluí-lo, deve-se seguir, como descrito no item 4, porém é preciso selecionar a categoria Trechos.

Seleciona o parâmetro de visualização nos nós

Seleciona o parâmetro de visualização nos trechos

Seleciona o instante de simulação a visualizar

Mostra a animação do mapa ao longo da visualização

Configura a velocidade da animação

6 - Para adicionar válvulas, basta acionar o ícone do Item 4 na barra de ferramentas do mapa.

Adiciona uma válvula ao mapa.

Para editar as propriedades dos nós da rede, trechos, válvulas, legendas e opções de simulação, acessa-se a janela do Editor de Propriedades. Tanto a Figura 5 e como a Figura 6 mostram as possibilidades de alterações das propriedades dos trechos e das válvulas, respectivamente.

Figura 5: Alterações das propriedades dos Trechos (tubulações)

Fonte: Manual do EPANET

Fonte: Manual do EPANET

3.3 CARACTERIZAÇÕES DOS TIPOS DE REDE

A maneira que é realizada o abastecimento de água para todos os pontos de consumo da cidade, como ligações domiciliares e hidrantes contra incêndio, como também do arranjo da rede de distribuição de água, tem a finalidade de garantir que em cada ponto consumidor a água chegue com vazão precisa e tenha pressão suficiente.

A rede de distribuição de água é composta basicamente de nós e trechos, além do traçado da rede que a configuração das distribuições das tubulações possuem, que podem uma rede ramificada ou malhada. Também é possível uma rede mista, contendo tanto a rede malhada como ramificada.

As redes ramificadas se caracterizam por determinar um único sentido de escoamento. A grande vantagem desse tipo de rede é o seu baixo custo de implantação, ao contrário da rede malhada. Porém, no caso de uma manutenção em um trecho, todo o ramal a jusante ficará sem água.

Para as redes malhadas na qual as distribuições são em malhas ou anéis, esse tipo de rede possibilita mudar os sentidos das vazões, a depender da demanda dos nós. Abaixo as Figuras 7 e 8 mostram as redes ramificadas e malhadas, respectivamente:

Figura 7 - Malhada Figura 8 - Ramificada

Fonte: Do Autor Fonte: Do Autor

3.4 VÁLVULAS HIDRÁULICAS

Segundo definições do EPANET (2009), as válvulas são trechos que limitam a pressão ou a vazão num ponto particular da rede. Os modelos de válvulas usadas pelo programa são: Válvulas Redutoras de Pressão (PRV); Válvula Sustentadora de

Pressão (PSV); Válvula de Perda de Carga Fixa (PBV); Válvula Reguladora de Vazão (FCV); Válvula Borboleta (TCV) e a Válvula Genérica (GPV).

As válvulas redutoras de pressão ou válvula de perda de carga fixa (PBV) são o foco para a alteração hidráulica na rede de abastecimento de água. Sua estrutura dissipadora é utilizada nos sistemas hidráulicos como forma de uniformização e controle das pressões, dando origem a uma perda de carga localizada, mediante a dissipação de energia hidráulica, através da redução dos valores de pressão a jusante (RAMOS, 1998). Podem funcionar manualmente ou eletronicamente.

O princípio de funcionamento dessas válvulas redutoras de pressão que regulam a pressão dentro de limites pré-estabelecidos, são automáticas e fecham-se por molas de tensão regulável, de acordo com a pressão desejada. Independente das variações de vazão ou da pressão de entrada mantém controle preciso de baixas pressões.

4 METODOLOGIA

Como etapa inicial do trabalho, a rede foi analisada para caracterizar o escoamento, magnitude e sentido ao longo dos trechos da rede, e sua relação com os dois reservatórios, R1 e R2, bem como, identificados trechos nos quais a rede de tipo ramificada poderia ser convertida em malhada, visto que, isto estabelece mais alternativas de suprimento de escoamento aos nós da rede, facilitando a manutenção da rede e evitando fechamento de maiores trechos quando da ocorrência de necessidade de reparos (Gomes, 2009).

A análise da interação da rede com os dois reservatórios de nível fixo mostrou que, ao longo dos oito períodos de simulação hidráulica, o reservatório inferior R2 funcionava essencialmente como reservatório abastecido e não como abastecedor. Assim, R1, diferentemente de R2, não contribuía essencialmente para o armazenamento de água, porem atuava principalmente como regulador de pressão, evitando que esta se elevasse além do limite de 50 mca, em nós da região central da rede, sobretudo em períodos de simulação onde as vazões demandadas são mais baixas, períodos de 0 a 6 e 22 a 24 horas, quando as pressões dinâmicas se aproximam das estáticas.

Dado ao comportamento prioritário identificado do reservatório R1 optou-se por substituí-lo por uma válvula de controle hidráulico, cujos testes são descritos no capítulo seguinte, de forma a manter as pressões nos nós na faixa de operação desejada sem estabelecer alterações na arquitetura da rede.

4.1 A ÁREA DE ESTUDO

A estrutura metodológica do referido trabalho se iniciou com a definição da área de estudo, que teve auxílio do programa Google Earth (www.google.com/earth) para a demarcação da área a partir de dados obtidos por GPS (Global Position System) no local escolhido, uma área a sudoeste da cidade de Cruz das Almas, fronteiriça com sua zona urbana. A obtenção dos dados planialtimétricos do terreno foram obtidos por cotas topográficas por interpolação em modelo digital (MDT) gerado a partir de imagens de satélite ASTER, com resolução de 30m horizontal e 10m vertical, disponível no Glovis (www.glovis.usgs.gov.com). Para o

georreferenciamento da área de estudo e a disposição do loteamento, como mostra a Figura 9, utilizou-se o ambiente SIG, programa ArcGis (ArcGIS, 2010), onde também foi elaborada a geometria da rede de abastecimento de água (tubos e nós) do loteamento hipotético, o qual teve sua área totalizada em 140.000m² subdividida em lotes de 240 e 450 m² e área coletiva de loteamento que foram desenhados em ambiente CAD (AutoCAD,2010). A demarcação desta área considerou ainda a presença de zonas úmidas, como minadouros e cabeceiras de córregos, das quais foi mantida distância mínima de 100 m. A Figura 10 mostra a disposição do loteamento com os seus respectivos lotes.

Figura 9: Área de estudo

Figura 10: Área de estudo e a distribuição do loteamento.

Fonte: Do autor

4.2 CARACTERIZAÇÕES DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

Segundo o método planialtimétrico mencionado, aplicado sobre a área de estudo, a rede projetada tem cotas de seus nós que variaram de 192 a 250 m abrangendo 186 lotes dispostos nos 140.000 m2 do loteamento.

A rede, inicialmente concebida em ambiente CAD (AutoCAD, 2010), foi convertida para ambiente SIG (ArcGIS, 2010), que baseado no modelo digital do terreno (MDT) projetou as cotas topográficas do terreno sobre os nós da rede e gerou banco de dados com capacidade de armazenar, além das cotas dos nós, o comprimento, diâmetro e rugosidade das tubulações.

Em cada nó da rede, correspondente a um lote, é atribuída uma vazão-base média a ser disponibilizada sob uma faixa de pressão exigida segundo normas técnicas. Dois valores da vazão-base são atribuídos aos nós: os que suprem exclusivamente cada lote e os que acumulam a esta demanda a de fornecer uma vazão dedicada à área coletiva do loteamento ou condomínio, de 2.500 m², sendo estes, 56 dos 186 nós.

A rede foi projetada para tubo rígido em PVC/PBA de DN 50 e DE 60 mm, classe 15, segundo especificações da NBR 5647/1999 (ABNT, 1999) para tubulação de redes de abastecimentos.

4.3 SIMULAÇÕES DA REDE ORIGINAL EM AMBIENTE EPANET

A rede em ambiente SIG, com suas características espaciais e físicas foram transferidas ao ambiente EPANET (EPANET - Programa, 2009), programa com licenciamento livre para simulação de sistemas de distribuição de água, que calcula a solução para o sistema hidráulico de redes pressurizadas, desenvolvido pela Agência Norte-Americana de Proteção Ambiental (EPA - Environment Protection Agency) (EPANET-Software, 1993) e que possui, programa e manual, em versão em língua portuguesa, traduzido pelo Laboratório de Eficiência Energètica e Hidráulica em Saneamento da UFPB (EPANET - Programa, 2009).

À rede original, foi aplicada simulação dinâmica, com valores de vazão-base média de 0,27 litros/min para os nós de demanda de vazão exclusiva aos lotes e 0,50 litros/min para os lotes com adicional de vazão para uso também em área coletiva do loteamento.

A vazão-base para consumo exclusivo nos lotes, atribuída para os diversos

períodos de simulação foi estimada pela formulação,

(Porto, 2006), em que é a vazão-base demandada (em litros/min) para cada período i = [1, 8] do dia, corrigido pelo coeficiente de consumo diário

,

Figura 11: Padrão Temporal

Fonte: Manual do EPANET

Os seguintes dados completam o cálculo da vazão-base média: a população por lote ou domicílio, (IBGE, 2010) e o consumo médio de água per capita

= 0,27 litros/min a vazão-base média aplicada.

Aos nós, regularmente distribuídos pela rede, que acumulam, além da vazão anterior, a demanda de vazão para áreas coletivas do loteamento, foram acrescidos 85% da vazão-base exclusiva de lote, destinados ao consumo de água do condomínio mais perdas.

A rede original foi simulada utilizando formulação resistiva de Darcy-Weisback, atribuindo-se fator de atrito 0,020 para toda a tubulação, obtendo-se em todos os seus nós pressão entre 10 e 50 mca NBR 12218/1994 (ABNT, 1994), em todos os oito períodos de simulação. Isto foi obtido utilizando-se dois reservatórios de nível fixo, r1 e r2, e atribuindo-se tubulação com DN=60 mm pra trechos de maior vazão e de DN=50 para os de menores vazões ou trechos periféricos da rede.

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

A rede original, cujas características hidráulicas e físicas estão descritas na Metodologia e que deu início às alterações hidráulicas neste trabalho é mostrada na Figura 12, com os seus respectivos reservatórios de nível fixo R1 e R2.

Figura 12: Rede de distribuição de água original

Fonte: Do Autor

Seguindo a proposta metodológica do trabalho, retirou-se da rede o reservatório inferior, R2, na cota topográfica 240 m, mantendo-se o reservatório de nível fixo, RNF R1, Figura 13, o que gerou excedentes de pressão sobre diversos nós da rede.

Figura 13: Rede Original sem RNF R2

A simulação hidráulica da rede foi realizada ao longo de 72 horas divididas em 8 períodos diários de 3 horas com passos de iteração de 1 hora.

Ao longo deste procedimento as pressões dinâmicas atingiram a marca de 61 mca, ficando além do que estabelece a NBR 12218/1994. Este resultado mostra o papel do reservatório R1 na manutenção das pressões nos nós da rede original.

Tomando-se a rede original, mantiveram-se as características dos nós e comprimento dos trechos, incluindo a carga no reservatório RNF R2 (253 m), bem como, mantido o padrão de vazão-base, com valores de 0,27 e 0,50 litros/min, respectivamente, para nós com demanda exclusiva do lote e demanda de lote mais condomínio. Adotou-se o diâmetro mínimo permitido para toda a rede, DN 50 mm, adotando-se a formulação resistiva de Darcy-Weisback com coeficiente de rugosidade 0,02 para a toda a tubulação (Gomes, 2009).

Como resultado deste procedimento, foram realizados vários testes nos trechos P89 até P93, na qual apresentavam 5 nós com pressões acima de 50 mca (Figura 14), além do Nó J1, que também apresentava mesmo problema.

Figura 14: Nós com pressões acima de 50 mca

Fonte: Do Autor

O passo seguinte foi liberar todos os trechos da rede, pois haviam três trechos fechados (trechos P2, P96 e P123), que restringiam a configuração malhada de rede e que assim se encontravam como parte dos mecanismos para manutenção da faixa de pressão exigida nos nós da rede original. A Figura 15 mostra o local desses trechos fechados.

Figura 15: Trechos (tubulações) fechados

Fonte: Do Autor

Nos trechos P93 e P188 foram testados os seguintes tipos de válvulas: PRV (Válvula Redutora de Pressão), PSV (Válvula Sustentadora de Pressão) e PBV (Válvula de Perda de Carga Fixa). Como regra para a utilização das válvulas foi preciso adicionar as válvulas à jusante do nó com a maior pressão excedente. A Figura 16 mostra onde foram adicionadas as válvulas.

Dentre as válvulas utilizadas, a que gerou melhores resultados do controle da pressão nos nós ao longo do período total de simulação, foi a válvula PBV. Portanto, sendo mantida nos referidos trechos nas alterações seguintes.

Figura 16: Localização das Válvulas

Após a bem sucedida aplicação das válvulas para manter as pressões restritas à faixa de operação, cuidou-se de ampliar os trechos de configuração malhada da rede. Para isso, foram adicionados mais três trechos na rede, os Trechos P5, P7 e P8 (Figura 17).

Figura 17: Trechos Adicionados

Fonte: Do Autor

Com a configuração finalizada da rede (arquitetura, parâmetros físicos e hidráulicos), foram ajustadas as propriedades das válvulas, dentre elas a propriedade de Parâmetro de Controle que teve o valor 19 m. Esse valor é a perda de carga fixa para fazer a redução da pressão, obtido após diversas séries de simulações, tendo como referência principal a manutenção dos limites de pressão nos nós da rede ao longo de todo o período simulado.

Como resultados, foram obtidos também os valores de velocidade do escoamento na rede, as quais variaram de 0,01 a 2,31 m/s. Sobre os valores de velocidade de escoamento sob pressão, tem-se como norma a ABNT, NBR 12218 (1994), que estabelece velocidade máxima nas tubulações igual a 3,5 m/s e a mínima de 0,6 m/s e que cabe a seguinte discussão. Em pequenas redes com pequenas vazões, nem sempre é possível garantir a velocidade mínima de 0,6 m/s. Como essa mesma norma impõe um diâmetro mínimo de 50 mm para as tubulações, não será possível garantir uma velocidade de 0,6 m/s caso a vazão no trecho seja menor que 1,18 l/s (Gomes, 2009). Portanto, justifica as velocidades encontradas abaixo de 0,6 m/s.

trabalhada temos duas análises da rede, o intervalo de tempo com menor pico de consumo e o intervalo de tempo com o maior pico de consumo. As Figuras 18 e 19 mostram a disposição espacial obtida das pressões nos nós da rede nos horários de 00h00min e 12h00min, respectivamente, com a referente legenda, indicando a localização do reservatório único e das válvulas hidráulicas.

Figura 18: Resultado final da simulação da rede com as válvulas com menor consumo

Fonte: Do Autor

Figura 19: Resultado final da simulação da rede com válvulas com maior consumo

6 CONCLUSÃO

As intervenções hidráulicas na rede original resultaram na eliminação de um dos reservatórios que compunham o sistema de abastecimento da rede, bem como, na expansão dos trechos de configuração malhada, quer por liberação de válvulas quer por ampliação de anéis da rede. A simulação da rede com estas alterações, utilizando o programa EPANET, garantiram a manutenção das demandas hidráulicas originais aos nós da rede e a manutenção da faixa de pressão neles recomendada pelas normas técnicas.

A retirada de um dos reservatórios e a inclusão de válvulas reguladoras, apesar de indicarem uma economia de implantação da rede, não tiveram seus custos avaliados. Além disso, a inclusão de anéis na rede, apesar de aumentar a eficiência da rede quanto às possibilidades de suprimento do escoamento aos nós, elevam o custo da rede. Assim, apesar de não ser do escopo deste trabalho, é recomendável que as alterações propostas fossem seguidas de uma avaliação de respectivos custos financeiros.

A inclusão do trabalho em formato de artigo, proposto como objetivo complementar suprimiu alguns detalhes referentes ao percurso metodológico exposto nesta monografia para que ficasse compatível com o novo formato, bem como, ali foi apresentado de forma agregada e contínua a parte referente ao início da elaboração da rede de distribuição original e as correspondentes alterações hidráulicas propostas nesta monografia, optando-se por sua disposição em formato de resumo expandido.

REFERÊNCIAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12218/1994 – Projeto de Rede de Distribuição de Água para abastecimento público. Disponível em:

www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=002889.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5647-1/2004 – Sistemas para adução e distribuição de água. Disponível em:

www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=1007.

ArcGIS 2010. Disponível em: www.esri.com/software/arcgis/arcgis10. Acesso em: 1 de Outubro de 2014.

AutoCAD 2010. Disponível em: www.autodesk.com/products/autocad/overview#. Acesso em: 1 de Outubro de 2014.

AZEVEDO NETO, J. M. A Manual de Hidráulica. 8°. ed. São Paulo: Edgard Bluch Ltda, 1998. 669p.

EPANET, Manual do Usuário, 2009. Disponível em:

www.lenhs.ct.ufpb.br/html/downloads/epanet/manula_do_epanet_brasil.pdf. Acesso em: 1 de Outubro de 2014.

EPANET- Programa, Versão em português, 2009. Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento da UFPB. Disponível para download em:

www.lenhs.ct.ufpb.br/?page_id=34. Acesso em: 1 de Out de 2014.

EPANET- Software. EPA - Environment Protection Agency, 1993. Disponível no

sítio para download na primeira versão:

www.cfpub.epa.gov/si/si_public_record_Report.cfm?dirEntryId=44860&CFID=17995 643&CFTOKEN=27325464&jsessionid=3830b58255722e4c432866c1c277c3f187b6.

FARIA, SANDRO HENRIQUE; CALIJURI, MARIA LÚCIA; OLIVEIRA, JÚLIO CÉSAR. Uso de Softwares gratuitos (SPRING e EPANET) na simulação de pressão e vazão de uma rede de abastecimento de água. Anais XIV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Natal, Brasil, 25-30 abril 2009, INPE, p. 3729-3735.

GLOVIS – USGS (Global Visualization Viewer) Disponível em:

www.glovis.usgs.gov.

GOMES, HEBER PIMENTEL. Sistemas de Abastecimento de Água. 3º ed. Paraíba: Editora UFPB, 2009. 277p.

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Senso 2010. Disponível em: www.ibge.gov.br/home/.

PORTO, RODRIGO DE MELO. Hidráulica Básica. 4°. ed. USP: EESC - USP, 2006. 171p.

RAMOS, HELENA; COVAS, DÍDIA; ARAÚJO, LUIZ. Válvulas Redutoras de Pressão e Produção de Energia. 7° Congresso da Água. Associação Portuguesa de Recursos Hídricos. Páginas 1 – 14.