Avaliação da eficiência de redes de distribuição de água ao longo da sua vida útil
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Edevar Luvizotto Junior
Lubienska Cristina Lucas Jaquiê Ribeiro
Mário Luís Cabello Russo
Lubienska Cristina Lucas Jaquiê Ribeiro
Mário Luís Cabello Russo
Resumo
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.
Abstract
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.
Assunto
Engenharia sanitária, Recursos hídricos - Desenvolvimento, Eficiência energética, Água - Distribuição
Palavras-chave
Eficiência energética, Vida útil, Medidas de eficiência, Análise econômica