Avaliação da eficiência de redes de distribuição de água ao longo da sua vida útil

The infrastructure responsible for distributing water to various types of consumers is the water distribution network (WDN). Because it is a basic infrastructure to serve the most varied human needs, besides having a very complex dynamic functioning, these are widely approached in literature studies. WDN operate for long periods of time, and in this context the present work proposes to evaluate the impact that changes in physical and hydraulic characteristics that occur over the operational life of a WDN, such as pipe roughness, leakage rate, water consumption and pump deterioration, will have on its operational efficiency and in terms of costs. For this, the variations of each of the parameters cited were mathematically modeled within a programming environment (MATLAB), coupled to the hydraulic simulator EPANET 2.2, for analysis in two case studies with networks from the literature. The roughness of the pipes was modeled assuming that it increases at a known rate using the Hazen-Williams equation. The leakages were formulated considering a minimum flow that increases with time, plus a variable value depending on the pressure fluctuation of the network, calculated by the orifices equation. The increase in demand was carried out considering that consumption grows in the same proportion as the increase in population, which was estimated by IBGE growth rates. The deterioration of the pumps was performed by calculating a new head at each period of time, following formulations and rates observed in the literature. All parameters cited were varied around an average reference value, as a way of representing uncertainties. After the analyses performed on the parameters, considering a lifetime of 20 years, two energy efficiency measures were implemented and evaluated in one of the case studies, and later these had their feasibility analyzed from an economic point of view. The results of the parameter analyses showed that operating costs are most impacted by network leakage, and operating pressures are most influenced by increased pipe roughness. Energy efficiency measures have proven to be very relevant in order to maintain the proper functioning of the network throughout its lifetime. Regarding the financial analyses, these showed that the implementation of energy efficiency measures are attractive also from an economic point of view, as they brought reductions in total costs in long term.

A infraestrutura responsável por distribuir água para os mais diversos tipos de consumidores são as redes de distribuição de água (RDA). Por se tratar de uma infraestrutura básica para atendimento às mais variadas necessidades humanas, além de ter um funcionamento dinâmico bastante complexo, essas são amplamente abordadas em estudos da literatura. RDA operam por longos períodos de tempo, e nesse contexto o presente trabalho propõe avaliar o impacto que alterações das características físicas e hidráulicas que ocorrem ao longo da vida útil de uma RDA, tais como a rugosidade das tubulações, o índice de vazamentos, o consumo de água e a deterioração das bombas, terão em sua eficiência operacional e em termos de custos. Para isso, as variações de cada um dos parâmetros citados foram modeladas matematicamente dentro de um ambiente de programação (MATLAB), acoplado ao simulador hidráulico EPANET 2.2, para análises em dois estudos de caso com redes da literatura. A rugosidade das tubulações foi modelada considerando que esta aumenta em uma taxa conhecida utilizando a equação de Hazen-Williams. Os vazamentos foram formulados considerando uma parcela mínima que aumenta com o tempo, mais um valor variável em função das sazonalidades de pressão da rede, calculado pela equação de orifícios. O aumento da demanda foi realizado considerando que o consumo cresce na mesma proporção do aumento da população, que foi estimado por taxas de crescimento do IBGE. A deterioração das bombas foi realizada calculando uma nova altura manométrica a cada período de tempo, seguindo formulações e taxas observadas na literatura. Todos parâmetros citados foram variados em torno de um valor médio de referência, como forma de representar incertezas. Após as análises realizadas nos parâmetros, considerando uma vida útil de 20 anos, duas medidas de eficiência energética foram implementadas e avaliadas em um dos estudos de caso, e posteriormente essas tiveram sua viabilidade analisada do ponto de vista econômico. Os resultados das análises nos parâmetros mostraram que os custos de operação são mais impactados pelos vazamentos da rede, e as pressões operacionais sofrem mais influência do aumento da rugosidade nas tubulações. As medidas de eficiência energética se mostraram muito relevantes para que seja mantido o funcionamento adequado da rede ao longo de sua vida útil. Em relação as análises financeiras, estas mostraram que a implantação das medidas de eficiência energética são atrativas também do ponto de vista econômico, pois trouxeram reduções nos custos totais à longo prazo.