João Marcelo Barbosa

O presente trabalho propõe a avaliação do efeito da entrada superior do reservatório de jusante durante eventos transitórios hidráulicos. O método utilizado baseia-se nas equações de Soares, Covas e Ramos (2013), sendo adotado, além disso, o modelo de fator de atrito variável de Vítkovský et al. (2000). Para visualizar os resultados, implementou-se o modelo no módulo 7 do Sistema UFC. Para a validação do modelo, foram utilizados os dados do trabalho de Soares, Covas e Ramos (2013). Os resultados obtidos demonstram menores picos de pressão na seção da bomba. No caso do reservatório, observa-se uma variação de pressão e estabilização em um valor menor do que o do regime permanente anterior. Apesar de a condição de contorno clássica apresentar abordagem mais conservadora, esta não condiz apropriadamente com a situação de entrada por cima do reservatório de jusante, sendo esta última mais adequada para o caso de manutenção e operação dos sistemas hidráulicos configurados desta forma. Pa...

As estratégias de operação dos sistemas de abastecimento de água (SAA) objetivam o abastecimento público ininterrupto, muito embora comumente negligenciem a oscilação da tarifa energética diária. Isso proporciona um acréscimo significativo no custo energético das bombas. Entretanto, além de utilizar eficientemente a tarifa, é necessário considerar também o vasto horizonte de combinações exequíveis de estratégias operacionais, a demanda hídrica variante e a manutenção dos níveis de água nos reservatórios e das pressões nas extremidades dentro de intervalos preestabelecidos. Neste cenário, realizou-se este trabalho, cujo objetivo é determinar perfis diários de velocidade das bombas de um SAA, objetivando a minimização do custo energético diário. Para isso, desenvolveu-se um modelo computacional que opera acoplado ao simulador hidráulico EPANET. O modelo fundamenta-se na técnica meta-heurística PSO (Otimização por Enxame de Partículas), sendo a variável de decisão a velocidade das bomb...

Em sistemas de abastecimento de água dotados de aparato de bombeamento, as bombas de velocidade variável (BVV) têm sido comumente utilizadas como alternativa de redução dos custos energéticos. Por meio da variação na velocidade, uma bomba muda as suas condições de funcionamento, passando a trabalhar sob novos valores de vazão, carga manométrica e rendimento. O presente trabalho objetiva realizar uma análise da acurácia de duas equações existentes para estimar o rendimento de uma BVV: a Equação de Sârbu e Borza e a Equação Comolet, propondo conseguintemente uma nova equação para o mesmo propósito, denominada Equação de Costa e Castro. Para avaliar a precisão das equações mencionadas, tomaram-se os catálogos de cinquenta bombas previamente escolhidas e, em cada uma delas, fizeram-se três testes, nos quais a velocidade foi reduzida a 90%, 80% e 70% da rotação nominal. Os resultados dos testes indicaram menores valores de erros nas estimativas de rendimento pela equação ora proposta em ...

A operação de sistemas de abastecimento de água necessita frequentemente do funcionamento de bombas hidráulicas, que permitem a condução da água até o consumidor final. Bombear fluidos com máximo rendimento é um requisito fundamental em diversas áreas que utilizam bombas hidráulicas, pois diminuem os gastos com energia elétrica. Diante disso, motivou-se a realização deste trabalho, que objetiva fornecer condições de operacionalidade a sistemas de abastecimento de forma racional, com ênfase na otimização do custo energético, pela criação de um modelo computacional que atua de maneira acoplada ao simulador hidráulico EPANET. A ferramenta desenvolvida fundamenta-se na técnica meta-heurística Particle Swarm Optimization (PSO), tendo como variável de decisão a velocidade de rotação das bombas. Este método tem como objetivo a busca de estratégias operacionais com custo energético reduzido, recorrendo à avaliação do desempenho hidráulico de tais estratégias através do EPANET. Os resultados...

Este trabalho tem como objetivo calcular os efeitos do golpe de aríete na ramificação de uma adutora hipotética para verificar a necessidade de realizar estudos preliminares antes de adaptações ou improvisos em adutoras já executadas. O transiente hidráulico do sistema proposto foi modelado usando o método das características, por meio das equações do momento e continuidade dos fluidos, adotando as condições de contorno de uma junção de ramificação. A variação de carga de pressão na ramificação foi obtida por meio da modelagem computacional com auxílio de planilhas, podendo-se concluir pela análise dos dados que, no fechamento lento do registro na seção ramificada, há uma variação de carga 54,86% acima da carga de pressão no regime permanente na válvula do trecho 3 acima da carga piezométrica do reservatório, sendo assim indispensável o estudo de transientes de adaptações em adutoras. Palavras-chave: Método das Características. Golpe de Aríete. Prevenção de Danos.

We investigated the influence of fictitious boundary distance, a parameter of MFS, to determine piezometric levels of two unconfined sedimentary aquifers assuming Dupuit-Forchheimer and steady-state flow hypothesis. Two study areas were modelled: Guariroba’s Environmental Protection Area, in Mato Grosso do Sul State, Brazil, and Juazeiro do Norte City, in Ceará State, Brazil. It was observed that in order to use the MFS as a numerical method in modeling groundwater flow, it is necessary to determine the best distance value of the fictitious boundary. This value can be chosen from the use of field data within the analyzed domain, where the relative error is a parameter to be minimized. Applying this methodology and comparing with the results of the MODFLOW application for the same set of initial data, we concluded that the MSF allows to estimate the piezometric level values within the analyzed domains and that the results of the statistical comparison between them point to the need t...

Portuguese Abstract: A operacao e a manutencao de sistemas de abastecimento de agua sao feitas atraves do manuseio de valvulas, bombas, reservatorios e tubulacoes. Comumente, esse manuseio pode provocar oscilacoes abruptas de vazao e pressao, ocasionando um fenomeno conhecido como Golpe de Ariete. Segundo Barbosa (2015), em decorrencia das oscilacoes de pressao e da possivel contracao e expansao da tubulacao durante o golpe de ariete, a tubulacao pode sofrer problemas de ruptura, fadiga, quebra de equipamentos, alem de causar danos a pessoas proximas a linhas de distribuicao de agua. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma modelagem computacional para a mudanca de estado de um escoamento, inicialmente em regime permanente, que passa por um estado transitorio, ate atingir outro estado permanente de escoamento. Para isto, sera desenvolvido um algoritmo no software cientifico SCILAB que mostre o efeito do transiente originado devido a uma brusca interrupcao do funcionamento de uma bomba hidraulica. Com o algoritmo computacional desenvolvido, espera-se detalhar o comportamento das ondas de pressao que se movem rapidamente ao longo da tubulacao, causando elevacoes ou quedas de pressao de grande ou pequena intensidade. As informacoes fornecidas pelo software proposto neste trabalho podem ser consideradas de grande importância ao projeto e a manutencao de um sistema de distribuicao de agua. English Abstract: Operation and maintenance of water supply systems is done by handling valves, pumps, tanks and piping. Commonly, this handling can cause abrupt fluctuations of flow and pressure, causing a phenomenon known as Water hammer. According to Barbosa (2015), due to the pressure oscillations and the possible contraction and expansion of the pipe during the water hammer, the pipe can suffer problems of rupture, fatigue, equipment breakdown, as well as causing damage to people close to water lines. distribution of water. The present work has as objective to present a computational model for the change of state of a flow, initially in permanent regime, that goes through a transitory state, until reaching another permanent state of flow. For this, an algorithm will be developed in SCILAB scientific software that shows the effect of the transient caused due to a sudden interruption of the operation of a hydraulic pump. With the computational algorithm developed, it is expected to detail the behavior of the pressure waves that move rapidly along the pipe, causing high or low pressure rises or falls. The information provided by the software proposed in this work can be considered of great importance to the design and maintenance of a water distribution system.

Portuguese Abstract: A utilizacao de ferramentas computacionais nas diversas areas de engenharia vem se tornando cada vez mais frequente e necessaria. A economia de tempo obtida com a automatizacao de tarefas rotineiras possibilita realizar analises mais detalhadas do problema e, consequentemente, encontrar solucoes otimas ou mais apropriadas ao estudo. Dentro dessa visao, desenvolveu-se um pacote computacional que cria uma forma dinâmica de exportar arquivos do AutoCAD para o EPANET, utilizando-se da programacao AutoLISP. O pacote possui aplicacao dentro da engenharia em planejamento e operacao de redes de abastecimento de agua. Desta forma, e possivel minimizar os esforcos gastos na fase de pre-processamento da simulacao computacional de uma rede hidraulica, uma das etapas que requer a maior parte do tempo gasto na realizacao dos estudos. A grande vantagem do desenvolvimento desta ferramenta e possibilitar ao usuario utilizar a interface grafica do AutoCAD, um dos programas mais conhecidos e difundidos no meio da engenharia, e os recursos matematicos do EPANET, simulador do comportamento hidraulico e da qualidade da agua em redes pressurizadas. O pacote computacional consta de dois modulos: o primeiro e responsavel pela interacao com o usuario para captura dos elementos graficos e dos dados basicos dos constituintes da rede de abastecimento de agua; e no segundo e onde se procede na especificacao dos metodos a serem empregados na simulacao matematica, como o calculo das perdas de carga e das demandas, e onde se define em que condicoes o tracado da rede sera exportado. English Abstract: Computer hydraulic simulation is one of the most powerful ways to perform analysis within pressurized pipe networks. However, it is quite common that the planner spends great part of the time study in the preprocessing phase. A package of programs developed in the AutoCAD’s workspace provides a dynamic and automatic solution for this problem. Customized operation tools created in AutoLISP code allow the users to model the network pipes and elements, using AutoCAD’s advantages and graphic resources, and export a file containing all the hydraulic and geometric data. This file could be opened in EPANET, and is just ready to run.

Portuguese Abstract: A utilizacao de bombas de rotacao variavel (BRV) e uma estrategia utilizada para reduzir os custos energeticos em sistemas de bombeamento. Quando a velocidade e alterada, o ponto de funcionamento da bomba e deslocado e, assim, ela passa a operar sob novas condicoes de vazao, altura manometrica e, consequentemente, rendimento. Desta forma, faz-se necessaria a determinacao do rendimento de uma BRV em seu novo ponto de funcionamento. Na literatura, existem duas formulas empiricas que propoem uma estimativa para este novo rendimento (A formula de Comolet e a formula de Sârbu e Borza). Este trabalho tem por objetivo avaliar a precisao dos resultados oferecidos por estas duas formulas e, em seguida, propor um ajuste na mais precisa delas com o intuito de tornar as suas estimativas mais bem acuradas. Para isso, foram escolhidos os catalogos de cinquenta bombas, sendo dez de cada uma dentre cinco determinadas marcas. Em cada bomba, foram realizados tres testes de reducao de velocidade. Em cada teste, o rendimento no novo ponto de operacao estimado pela formula ajustada foi comparado com o calculado atraves das Leis de Afinidade e os estimados atraves das duas formulas empiricas existentes na literatura. Os resultados demonstraram uma maior acuracia da nova formula ajustada em relacao as outras referidas formulas anteriores. English Abstract: The use of variable rotation pumps (VRP) is a strategy used to reduce energy costs in pumping systems. When the speed is changed, the operating point of the pump is moved so that it starts operating under new flow conditions, gauge height and, consequently, efficiency. Thus, it is necessary to determine the yield of a BRV at its new point of operation. In the literature, there are two empirical formulas that propose an estimate for this new yield (The formula of Comolet and the formula of Sârbu and Borza). This paper aims to evaluate the accuracy of the results offered by these two formulas and then propose an adjustment in the most accurate of them in order to make their estimates better accurate. For this, the catalogs of fifty bombs were chosen, ten of each of five brands being branded. In each pump, three speed reduction tests were performed. In each test, the yield at the new operating point estimated by the adjusted formula was compared with that calculated through the Affinity Laws and those estimated through the two empirical formulas in the literature. The results showed a greater accuracy of the new adjusted formula in relation to the other mentioned previous formulas.

The use of pumps which work with variable rotation speed consists of an appropriate tactics for reduction of energy costs in the pump systems. In case of change in speed, the pump starts to work in a new flow pattern, head and efficiency values. Two empirical formulas can be found in the literature in order to estimate the final efficiency of a pump in this situation. This article aims at assessing the accuracy of these formulas and, next, to present a new proposal for the efficiency estimate in the new operating conditions. 50 pumps have been chosen and, for each of them, the above-mentioned formulas have been assessed in three procedures of speed reduction. The analysis of these equations’ accuracy has been accomplished by means of the comparison between the efficiencies estimated by them with the efficiencies calculated with the aid of the affinity laws. The results indicated that, in 95 of the 150 analysis procedures accomplished, the formula proposed presented estimates which h...

RESUMO O dimensionamento econômico ótimo de redes de distribuição de água tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores e projetistas, e representa uma relevante parte nas ações de saneamento básico. No entanto, até então, aborda-se somente o custo de implantação, considerando que o custo dos condutos é um dos elementos de maior peso no projeto. Assim, o problema resume-se a dimensionar os condutos tendo como objetivo atingir uma rede de menor custo e que satisfaça os pré-requisitos hidráulicos mínimos de dimensionamento. Isso conduz necessariamente à escolha de uma rede cuja combinação de condutos de menor diâmetro possível e que também seja capaz de satisfazer as restrições hidráulicas. Nossa abordagem, inédita até agora no Brasil, considera, adicionalmente, o custo de manutenção ao longo da vida útil da rede, tendo em vista que, se por um lado os condutos de maior diâmetro são mais caros, por outro lado, sofrem menos os efeitos da rugosidade e apresentam uma frequência meno...

O presente trabalho visa analisar o regime transiente em condutos forçados, considerando um fluxo bifásico através do DGCM com a celeridade e fator de atrito variável. Realizou-se uma mudança na equação da celeridade variável, unificando o ar e o gás da mistura bifásica em uma variável adimensional chamada de fração de vazio, ԑo. Utilizaram-se dois modelos para a modelagem computacional do golpe de aríete: o Modelo 1 (MOC) e o Modelo 2 (MOC, incluindo o fator de atrito variável e DGCM com celeridade variável modificado). Verificaram-se três valores de frações de vazios iniciais, buscando o mais adequado para cada experimento. Analisou-se a influência do ԑo na modelagem do golpe de aríete, comparando com dados experimentais. O Modelo 2 retornou valores mais próximos dos dados observados dos experimentos. Este estudo mostrou a acurácia do novo modelo proposto, com o auxílio dos indicadores estatísticos ER, EQM e NSE. Palavras-chave: Método das Características. Celeridade Variável. Fra...