apostila de autocad

MODELAO DE UM SISTEMA ADUTOR

RICARDO CARVALHO LIMA

Relatrio de Projecto submetido para satisfao parcial dos requisitos do grau de Mestre em Engenharia Civil Especializao em Hidrulica

Orientador: Professor Doutor Manuel Maria Pacheco Figueiredo

JULHO DE 2008

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2007/2008DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446 [email protected]

Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440 [email protected] http://www.fe.up.pt

Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio que seja mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil 2007/2008 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2008.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de verso electrnica fornecida pelo respectivo Autor.

Modelao de um Sistema Adutor

AGRADECIMENTOS

Quero agradecer a todas as pessoas que tornaram este trabalho possvel, que embora, nem todas de uma forma directa no deixaram de ser importantes no equilbrio e motivao para o desenvolvimento deste projecto. Em especial agradecer ao meu orientador de projecto Professor Doutor Manuel Maria Pacheco Figueiredo, pela sua total disponibilidade, incentivo e vasto conhecimento que aliceraram todo este trabalho. Ao Engenheiro Alexandre Fortunato pelo auxlio e partilha de conhecimento que ajudaram a conduzir toda esta tarefa, de igual modo Engenheira Raquel pela contribuio fundamental na ajuda da caracterizao do sistema. O meu agradecimento empresa guas do Douro e Paiva por aceitar este desafio. Obrigado minha Famlia e Amigos, pelo apoio incondicional no s durante este trabalho, como ao longo da vida.

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RESUMO

O trabalho apresentado teve como objectivo o desenvolvimento de um modelo matemtico de simulao hidrulica de um sistema adutor, tornando-se o mesmo um instrumento de apoio gesto tcnica e racional. A sua aplicao variada, sendo esta ferramenta um auxiliar das actividades de planeamento, de projecto, de operao e manuteno. Este trabalho aponta fundamentalmente para um instrumento de gesto, onde se concretiza a implementao e calibrao de um modelo matemtico de simulao hidrulica de uma rede de aduo de gua existente. O desenvolvimento de toda a modelao foi realizado no Software EPANET 2, programa desenvolvido pela U.S. Environmental Protection Agency (USEPA). Trata-se de um modelo computacional de simulao de sistemas de transporte e distribuio de gua, sendo este um instrumento de planeamento, de projecto e de diagnstico de funcionamento, no deixando de ser um complemento ao discernimento e experincia dos intervenientes. A investigao na rea de modelao hidrulica, permite a criao de um modelo adaptado realidade de uma rede j executada e em pleno funcionamento. No caso concreto foi modelada parte do Subsistema Sector Lever Sul das guas do Douro e Paiva. Procedeu-se a uma detalhada anlise e recolha de dados para caracterizao do sistema adutor, introduo de bases de dados com as caractersticas hidrulicas, parmetros de qualidade da gua e descrio do funcionamento do sistema de abastecimento. A anlise do sistema adutor perspectiva a optimizao do mesmo ao nvel do seu desempenho e fiabilidade para os diferentes cenrios em estudo. O comportamento da rede, assim como as variaes de caudal, presso, qualidade da gua e outros parmetros, podem ser visualizadas atravs da utilizao do modelo matemtico do sistema, durante um intervalo de tempo definido. possvel prever o comportamento de uma rede hidrulica, para diversas condies operacionais, decorrentes das necessidades futuras e actuais. O modelo desenvolvido constitui um instrumento de avaliao e apoio tomada de deciso, que permite analisar vrios cenrios de funcionamento sem interferir directamente no sistema em causa. Neste projecto desenvolve-se uma ferramenta que poder trazer mltiplos benefcios em quase todas as reas da gesto tcnica dos sistemas.

PALAVRAS-CHAVE: modelao, sistema adutor, Epanet, abastecimento, hidrulica.

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ABSTRACT

The present essay aims at developing a mathematical model for the hydraulic simulation of a pipeline system, in order to use it as a tool for its technical and rational management. On this way, it might be used for system design, operation and maintenance activities. Particularly, this essay points fundamentally to a management tool, where the implementation and calibration of a mathematical model of hydraulic simulation in a given pipeline system is concretised. The development of work is based on the software EPANET 2, developed by the U.S. Environmental Protection Agency (USEPA). This is a computer model for the simulation of transport and water distribution systems, which can be used as an instrument of planning, design and operational diagnosis of the system, but also as a complement to the knowledge and experience of the people involved. The research in hydraulic modelling allows the creation of a model adapted to the reality of an already implemented and fully operational system (on this case the subsystem Sector Lever Sul of guas do Douro e Paiva). For that purpose a detailed analysis and data collection was performed, to characterise the pipeline system, and a database was created with the hydraulic characteristics, water quality parameters and description of the water supply system. The analysis of the pipeline system is carried out in order to optimise the performance and reliability of the water supply system under different scenarios. Using the mathematical model system one can observe, for a defined time interval, the network behaviour namely the variations of flow, pressure, water quality and other parameters. With this modelling tool it becomes possible to predict the behaviour of a hydraulic network for the various operating conditions, resulting from current and future needs. Thus developed model is an assessment and support tool for decision-making without need for direct intervention in the system. Therefore, this project develops a tool that can bring many benefits in almost all areas of technical management of water supply systems.

KEY-WORDS: modelling, pipeline system, Epanet, water supply, hydraulics.

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NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i RESUMO ................................................................................................................................. iii ABSTRACT ............................................................................................................................................... v

1. INTRODUO ....................................................................................................................11.1. A EMPRESA ......................................................................................................................................2 1.2. MODELAO NUMRICA .................................................................................................................31.2.1. MODELOS MATEMTICOS DE SIMULAO HIDRULICA ........................................................................3 1.2.2. MODELO ESCOLHIDO ........................................................................................................................5 1.2.3. FASEAMENTO ...................................................................................................................................6

2. CARACTERIZAO DO SISTEMA ADUTOR ....................................92.1. COMPLEXO DE LEVER ...................................................................................................................10 2.2. PROCESSO DE TRATAMENTO........................................................................................................12 2.3. ESTAES ELEVATRIAS .............................................................................................................12 2.4. RESERVATRIOS ...........................................................................................................................14 2.5. ADUTORAS .....................................................................................................................................15

3. LEVANTAMENTO DE DADOS DE CADASTRO.............................17 4. CONSTRUO DO MODELO ..........................................................................194.1. ADUTORAS .....................................................................................................................................20 4.2. RESERVATRIOS ...........................................................................................................................23 4.3. NS.................................................................................................................................................25 4.4. ESTAES ELEVATRIAS .............................................................................................................26 5.5. VLVULAS ......................................................................................................................................27

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5. CALIBRAO VERIFICAO ................................................................... 295.1. CONSUMOS .................................................................................................................................... 295.1.1. PADRONIZAO HORRIA ............................................................................................................... 30

5.2. TEMPO ........................................................................................................................................... 35 5.3. CONTROLOS OPERACIONAIS ....................................................................................................... 35 5.4. ERROS DE ESTADO ....................................................................................................................... 35 5.5. RESULTADOS ................................................................................................................................ 36

6. EXPLORAO DO SISTEMA .......................................................................... 436.1. ANLISE HIDRULICA DO SISTEMA EM BAIXO CONSUMO ......................................................... 446.1.1. CAUDAL ......................................................................................................................................... 46 6.1.2. PERDA DE CARGA .......................................................................................................................... 47 6.1.3. PRESSO....................................................................................................................................... 48

6.2. ANLISE HIDRULICA DO SISTEMA EM ALTO CONSUMO........................................................... 496.2.1. CAUDAL ......................................................................................................................................... 52 6.2.2. PERDA DE CARGA .......................................................................................................................... 59 6.2.3. PRESSO....................................................................................................................................... 60 6.2.4. VELOCIDADE DE ESCOAMENTO ....................................................................................................... 64

7. QUALIDADE ...................................................................................................................... 677.1. TEMPO DE PERCURSO .................................................................................................................. 677.1.1. ALTO CONSUMO............................................................................................................................. 68 7.1.2. BAIXO CONSUMO ........................................................................................................................... 69

7.2. CLORO ........................................................................................................................................... 70

8. CONCLUSO ................................................................................................................... 75BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................................... 79

ANEXO A DADOS DE CADASTRO .................................................................................................... 83 ANEXO B CONTROLOS PERACIONAIS ............................................................................................. 89

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NDICE DE FIGURAS

Fig.1 Logtipo da empresa .......................................................................................................................2 Fig.2 Mapa do Sistema ............................................................................................................................2 Fig.3 Interface do modelo matemtico EPANET2 .......................................................................................6 Fig.4 Mapa da rede adutora AdDP modelada .............................................................................................9 Fig.5 Complexo de Lever .......................................................................................................................10 Fig.6 Planta de implantao do complexo de Lever ..................................................................................11 Fig.7 Planta da cmara de manobras de Escariz (Estao Elevatria de Escariz, AdDP) .............................13 Fig.8 Planta do reservatrio de Ramil (AdDP) ..........................................................................................15 Fig.9 Traado da rede adutora em EPANET ............................................................................................21 Fig.10 Vlvulas de reteno a montante e a jusante do reservatrio ..........................................................21 Fig.11 Identificao de um pequeno trecho da adutora Provizende Moldes ..............................................22 Fig.12 RNF da ETA de Lever e grupos electrobomba da estao elevatria ...............................................24 Fig.13 Reservatrio de nvel varivel.......................................................................................................24 Fig.14 Identificao dos pontos de entrega ..............................................................................................25 Fig.15 Curva caracterstica da bomba de So Vicente de Louredo .............................................................26 Fig.16 Identificao dos grupos electrobomba da ETA de Lever ................................................................27 Fig.17 Identificao das vlvulas existentes em Ramil - Argoncilhe ............................................................28 Fig.18 Grfico da distribuio horria de consumo ...................................................................................31 Fig.19 Grfico de comparao do nvel em Provizende .............................................................................37 Fig.20 Grfico de comparao do nvel em Escariz ..................................................................................38 Fig.21 Grfico de comparao do nvel em Abelheira ...............................................................................38 Fig.22 Grfico de comparao do nvel em So Vicente de Louredo ..........................................................39 Fig.23 Grfico de comparao do nvel em Mozelos .................................................................................39 Fig.24 Grfico de comparao do nvel em Ramil - Argoncilhe ..................................................................40 Fig.25 Grfico de comparao do nvel em Alto Marquinho .......................................................................40 Fig.26 Grfico de comparao do nvel em Seixo - Alvo ............................................................................41 Fig.27 Grfico de comparao do nvel em Lagoa ....................................................................................41 Fig.28 Simulao de calibrao bem sucedida (interface EPANET) ...........................................................42 Fig.29 Evoluo topogrfica do sistema ..................................................................................................44 Fig.30 Dimetros das condutas ..............................................................................................................45 Fig.31 Balano de caudal .......................................................................................................................46

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Fig.32 Perda de carga unitria nas condutas ........................................................................................... 47 Fig.33 Representao grfica da distribuio espacial de presses........................................................... 48 Fig.34 Distribuio de presses na rede ................................................................................................. 49 Fig.35 Evoluo do nvel da gua no reservatrio de Seixo Alvo ............................................................... 53 Fig.36 Evoluo do nvel da gua no reservatrio de Seixo Alvo (correco).............................................. 54 Fig.37 Funcionamento dos grupos electrobomba de Lever e Lagoa no abastecimento a Seixo Alvo ............. 54 Fig.38 Evoluo do nvel da gua no reservatrio de So Vicente de Louredo ........................................... 55 Fig.39 Evoluo do nvel da gua no reservatrio de So Vicente de Louredo (correco) .......................... 56 Fig.40 Balano de caudal no sistema ..................................................................................................... 56 Fig.41 Funcionamento dos grupos electrobomba de Escariz e So Vicente de Louredo .............................. 57 Fig.42 Evoluo do nvel da gua no reservatrio de Abelheira................................................................. 58 Fig.43 Perda de carga unitria nas condutas ........................................................................................... 59 Fig.44 Distribuio espacial de presses ................................................................................................ 61 Fig.45 Distribuio das presses na rede................................................................................................ 61 Fig.46 Linha piezomtrica entre Abelheira e Escariz ................................................................................ 62 Fig.47 Linha piezomtrica entre Abelheira e Escariz (2) ........................................................................... 63 Fig.48 Velocidade de escoamento no sistema ......................................................................................... 65 Fig.49 Grfico de isolinhas relativo aos tempos de percurso da gua ........................................................ 68 Fig.50 Tempos de percurso da gua at aos diversos reservatrios (baixo consumo) ................................. 69 Fig.51 Tempos de percurso da gua at aos diversos reservatrios (baixo consumo1) ............................... 70 Fig.52 Evoluo temporal da concentrao de cloro residual na rede ........................................................ 72

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NDICE DE QUADROS

Quadro 1 Caractersticas da estao elevatria de Lever .........................................................................12 Quadro 2 Caractersticas das estaes elevatrias de percurso ................................................................13 Quadro 3 Caractersticas dos reservatrios .............................................................................................14 Quadro 4 Caractersticas das adutoras ...................................................................................................16 Quadro 5 Informao necessria para construo do modelo ...................................................................18 Quadro 6 Grandezas a considerar na simulao......................................................................................20 Quadro 7 Exemplo cdigo das adutoras..................................................................................................22 Quadro 8 Exemplo cdigo das caixas de visita ........................................................................................22 Quadro 9 Cdigo das adutoras ..............................................................................................................23 Quadro 10 Exemplo cdigo das caixas de visita ......................................................................................25 Quadro 11 Exemplo cdigo das vlvulas ...............................................................................................17 Quadro 12 Dados do ponto de entrega de Vila Maior ...............................................................................30 Quadro 13 Factorizao do consumo de todos os pontos de entrega ........................................................31 Quadro 14 Consumos para simulao de alto consumo ...........................................................................50 Quadro 15 Consumo do dia mdio do ms de maior consumo ..................................................................51 Quadro 16 Padro de consumo do novo ponto de entrega .......................................................................52 Quadro 17 Correco do consumo de entrega em Rasa-Gaia e Portela ....................................................53 Quadro 18 Mximos de perda de carga identificados na rede ...................................................................60 Quadro 19 Presso chegada aos reservatrios.....................................................................................64 Quadro 20 Concentraes de cloro residual livre no sistema adutor a montante dos reservatrios ...............73 Quadro 21 Concentraes de cloro residual livre no sistema adutor a montante dos reservatrios (corr) ......74

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SMBOLOS E ABREVIATURAS

CAD Desenho auxiliado por computador EG Entidade gestora de um sistema de abastecimento de gua SIG Sistemas de informao geogrfica LIMS Sistema de gesto da informao laboratorial SPA Simulao em perodo alargado ZMC Zona de mediao e controlo RNF Reservatrio de nvel fixo RNV Reservatrio de nvel varivel PSV Vlvula de alivio TCV Vlvula de borboleta CV Vlvula de Reteno PRV Vlvula redutora de Presso FCV Vlvula redutora de Caudal FFD Ferro fundido dctil ETA Estao de tratamento de Agua EE Estao elevatria CCB Curva caracterstica da bomba CCI Curva caracterstica de instalao AdDP guas do Douro e Paiva SGI Sistemas de gesto integrada 0000PE000 Cdigo localizao Ponto de entrega (numero zero apenas como exemplo) 0000TA000 Cdigo localizao Adutoras (numero zero apenas como exemplo) 0000CV000 Cdigo localizao Caixas de visita (numero zero apenas como exemplo) PC Padro de consumo Qmd Caudal mdio dirio Qmda Caudal mdio dirio anual Qmmc Caudal do ms de maior consumo MIEC Mestrado Integrado em Engenharia Civil

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1INTRODUO

Com desenvolvimento de um modelo matemtico de simulao hidrulica de um sistema adutor construiu-se um instrumento de projecto, avaliao e diagnstico, quer de caractersticas hidrulicas, quer de parmetros de qualidade da gua. Para alm dos benefcios directos associados anlise dos sistemas e ao suporte deciso em problemas de engenharia, a experincia tem demonstrado que o correcto desenvolvimento e utilizao de modelos potenciam melhorias na qualidade geral da informao disponvel sobre os sistemas no conhecimento da infraestrutura e na articulao dos diversos sectores tcnicos da entidade gestora. O trabalho que a seguir se apresenta descreve os principais aspectos referentes modelao matemtica de uma parte do Subsistema Adutor Sector Lever Sul das guas do Douro e Paiva. efectuada uma referncia s principais caractersticas do sistema adutor analisado e uma descrio da metodologia de implementao de um modelo de simulao hidrulica recorrendo-se ao programa EPANET 2, que constituiu o modelo de simulao base. O desenvolvimento deste projecto permitiu visualizar o comportamento da rede adutora com as suas variaes de caudal, presso, qualidade da gua, velocidade de escoamento, perda de carga e outros parmetros. Sendo possvel prever o comportamento de uma rede hidrulica, para as diversas condies operacionais, decorrentes das necessidades futuras e actuais, o modelo desenvolvido constitui um instrumento de avaliao e apoio tomada de deciso sem que esta seja feita atravs da interveno directa no sistema. Este trabalho no deixa tambm de contribuir para que as modernas ferramentas computacionais de modelao passem a pertencer ao quotidiano dos profissionais ligados ao abastecimento de gua.

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1.1. A EMPRESA

O presente estudo o resultado da colaborao entre a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e a empresa guas do Douro e Paiva. Esta parceria permitiu assim concretizar em modelo matemtico parte do sistema adutor de abastecimento de gua desta ultima entidade.

Fig.1 Logtipo da empresa

Com o intuito de gerir os recursos hdricos da segunda maior concentrao urbana do pas foi constituda, em Maio de 1995, a guas do Douro e Paiva (AdDP). A AdDP tem a misso de conceber, construir e gerir o sistema de captao, tratamento e abastecimento, garantindo o fornecimento de gua potvel populao na quantidade necessria, respeitando os valores ambientais e promovendo o seu desenvolvimento scio-econmico O sistema multimunicipal de abastecimento de gua est dividido em dois subsistemas, Lever e Vale do Sousa, como se pode ver no mapa da Fig.2.

Fig.2 Mapa do Sistema

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O Subsistema Lever abastecido por 3 captaes: a captao superficial com capacidade de 400 000 m/dia e as captaes em profundidade de Lever Montante e Lever Jusante. Estas captaes situam-se no rio Douro na albufeira de Crestuma e alimentam uma rede de 210 km de condutas. Este subsistema est dividido em 2 sectores Lever Norte e Lever Sul que se estendem respectivamente a Norte e a Sul do Rio Douro. A gua tratada na estao de tratamento de gua (ETA de Lever) sai para o reservatrio e elevatria de Jovim a norte e para o reservatrio e elevatria de Seixo Alvo a sul, existe ainda uma duplicao do sistema que vai para o reservatrio e elevatria de Lagoa que fornece gua tanto para sul para o reservatrio e elevatria de Seixo Alvo como para norte para o reservatrio e elevatria de Jovim. Destes reservatrios principais a gua passa por uma rede de condutas, reservatrios e estaes elevatrias para abastecer 13 municpios correspondendo a mais de 1.4 milhes de habitantes, 85% da populao abastecida pela empresa. O subsistema Vale do Sousa, est dividido em trs subsistemas Vale do Sousa Paiva, Vale do Sousa Norte e Vale do Sousa Entre-os-Rios, com quatro origens de gua. Da captao no Rio Paiva Captao de Ponte da Bateira, a gua vai para a ETA de Castelo de Paiva onde tratada antes de ser distribuda, atravs das condutas do sector Paiva e Entre-os-Rios. Existem ainda mais 3 captaes, uma no Rio Ferreira, onde a gua tratada na ETA do Ferreira e as outras duas nos Rio Ferro e Vizela e cuja gua tratada na ETA do Ferro. Inicialmente, o sistema abrangia os municpios de Arouca, Castelo de Paiva, Cinfes, Espinho, Gondomar, Maia, Matosinhos, Oliveira de Azemis, Ovar, Porto, So Joo da Madeira, Santa Maria da Feira, Valongo e Vila Nova de Gaia. Em 1998, e por deciso do Ministrio do Ambiente, o espao de concesso da AdDP foi alargado regio do Vale do Sousa, passando igualmente a integrar o sistema os municpios de Felgueiras, Lousada, Paos de Ferreira e Paredes. Os 18 municpios referidos so, simultaneamente, accionistas e nicos clientes da empresa (AdDP, 2007).

1.2. MODELAO NUMRICA1.2.1. MODELOS MATEMTICOS DE SIMULAO HIDRULICA

Os modelos computacionais de simulao hidrulica de sistemas de abastecimento so ferramentas que tem como objectivo reproduzir, atravs de um modelo matemtico e com a maior exactido possvel, o comportamento real do sistema fsico que representam. A este modelo associado um mtodo numrico de soluo e ento transformados numa sequncia ordenada de comandos. Segundo Coelho (2006), os modelos podem ser utilizados em diversas situaes onde seja necessrio efectuar simulaes de sistemas de abastecimento. O estabelecimento de cenrios de projecto (p. ex., expanso de uma rede existente), a calibrao de modelos hidrulicos, a anlise do decaimento do cloro residual e a avaliao dos consumos constituem alguns exemplos. De qualquer modo a concretizao de um modelo no passa simplesmente pela existncia de um programa computacional que resolve um conjunto de equaes previamente implementadas, um modelo implica tambm um conjunto de caractersticas que realizam o sistema em questo.

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As ferramentas computacionais bem codificadas representam uma mais valia na obteno de resultados satisfatrios, mas esta no suficiente nem independente da interveno do utilizador, da sua experincia, discernimento e elevada exigncia de qualidade na recolha e introduo de dados. A formulao e resoluo computacional das equaes bsicas constituem como que as fundaes dos modelos, mas os ficheiros de dados correctos e bem organizados, constituem os pilares da fiabilidade dos resultados (Alegre H., 1997). Actualmente, os computadores dispem de vastas possibilidades e os programas de anlise de redes tornaram-se mais abrangentes, mais flexveis e mais fceis de utilizar. Existem vrios modelos com capacidade para satisfazer as necessidades dos utilizadores, mas tambm existem muitos factores a ponderar no processo de seleco. A estratgia a utilizar consiste na comparao das caractersticas dos modelos disponveis baseada na informao disponibilizada pelos fornecedores e na experincia de outros utilizadores. A seleco de um programa para simulao de um sistema de abastecimento de gua deve ter em conta, prioritariamente, o fim a que se destina e o que determina o tipo de anlise a efectuar, nomeadamente uma simulao esttica, dinmica ou de qualidade.

De acordo com Dias (2003), devem ser analisados paralelamente os seguintes aspectos: O custo; A facilidade de utilizao; A operacionalidade e flexibilidade do programa; A robustez do modelo; A velocidade de processamento; As componentes representadas; A interface com o utilizador; As caractersticas do modelo de qualidade; A integrao com bases de dados de CAD, SIG e SCADA; O apoio tcnico e a documentao. Actualmente existem vrios programas computacionais que permitem a determinao de parmetros ligados quantidade ou qualidade da gua. Todavia uma rea que permanece em constante desenvolvimento em que novos programas continuaro a aparecer no futuro. Entre os vrios modelos aplicveis a sistemas de abastecimento os mais utilizados so os seguintes:WATERCAD PICCOLO SINERGEE WATNET H2ONET PERFORMANCE Q EPANET

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1.2.2. MODELO ESCOLHIDO

O modelo de simulao hidrulica escolhido para a execuo no presente estudo foi o EPANET, desenvolvido pela USEPA United States Environmental Protection Agency (Rossman, 2000). O EPANET contm um conjunto de ferramentas de clculo para apoio simulao, de que se destacam como principais caractersticas (Rossman, 2000): Dimenso (nmero de componentes) da rede a analisar ilimitada; Clculo da perda de carga utilizando as frmulas de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach ou Chezy-Manning; Considerao das perdas de carga singulares em curvas, alargamentos, estreitamentos, etc; Modelao de bombas de velocidade constante ou varivel; Clculo da energia de bombagem e do respectivo custo; Modelao dos principais tipos de vlvulas, incluindo vlvulas de seccionamento, de reteno, reguladoras de presso e de caudal; Modelao de reservatrios de armazenamento de nvel varivel de formas diversas atravs de curvas de volume em funo da altura de gua; Mltiplas categorias de consumo nos ns, cada uma com um padro prprio de variao no tempo; Possibilidade de basear as condies de operao do sistema em controlos simples, dependentes de uma s condio, ou em controlos com condies mltiplas; Modelao do transporte de um constituinte no reactivo atravs da rede ao longo do tempo; Modelao do transporte, mistura e transformao de um constituinte reactivo medida que este sofre decaimento ou crescimento com o tempo; Calculo da percentagem de caudal que, com origem em determinado n, atinge qualquer outro n ao longo do tempo; Definies de limite para a transferncia de massa na modelao de reaces na parede; Modelao do tempo de percurso da gua atravs da rede; Modelao de reaces de decaimento do cloro no seio do escoamento em tubagens e reservatrios; Definio da variao temporal da concentrao ou da entrada de massa em qualquer ponto da rede.

Tirando partido destas possibilidades o EPANET pode efectuar os seguintes tipos de anlise (Rossman 2000): Mistura de gua a partir de diversas origens; Determinao do tempo de percurso da gua atravs de um sistema; Determinao da perda de cloro residual;

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Determinao do crescimento de subproductos da desinfeco; Rastreio da propagao de contaminantes ao longo da rede.

Para alm deste vasto leque de capacidades de modelao, as principais razes que implicaram esta seleco foram as seguintes: Programa adequado s necessidades actuais de simulao; Utilizao livre e gratuita, no havendo qualquer restrio ao seu uso; Possibilidade de simulao da qualidade da gua na rede; Utilizao universal, existindo fruns de discusso sobre a matria; Integrao com ferramentas CAD nomeadamente a aplicao AUTOCAD.

Fig.3 Interface do modelo matemtico EPANET2

1.2.3. FASEAMENTO

A qualidade de aproveitamento do esforo e recursos investidos, depende da forma como abordamos toda a modelao. A organizao, a sistematizao e o planeamento estruturado do modelo a garantia do melhor aproveitamento possvel de todo o trabalho desenvolvido. De lembrar que o trabalho que se segue concretiza a modelao de um sistema adutor j existente, completamente construdo e em pleno funcionamento. A calibrao executada com dados e registos reais; a parametrizao fsica obtida no modelo assim confrontada com registos e leituras reais.

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Coelho (2006) esquematiza o faseamento aconselhado para o desenvolvimento de um modelo assim como enumera os principais objectivos das diferentes fases envolvidas:

Fase A Planeamento do modelo; Fase B Construo do modelo Descrio fsica do sistema; Fase C Construo do modelo Consumos; Fase D Construo do modelo Controlo operacional; Fase E Implementao da soluo base; Fase F Calibrao do modelo; Fase G Explorao do modelo e planeamento da gesto futura.

Fase A Planeamento do modelo:

Definio do sistema a estudar, mbito e objectivos do modelo; Levantamento preliminar de dados de cadastro e projectos; Definio da estrutura/codificao dos dados a modelar; Definio de opes/configuraes da modelao.

Fase B Construo do modelo descrio da infraestrutura:

Introduo dos dados de localizao das infraestruturas e respectivas caractersticas cadastro das redes, de reservatrios, das estaes elevatrias e de vlvulas; Organizao dos respectivos elementos segundo a estrutura definida.

Fase C Construo do modelo descrio de consumos e caudais:

Recolha e formatao de dados de medio de caudais; Anlise estatstica de dados de caudal, produo de padres de consumo e tipificao de cenrios; Recolha de elementos relativos distribuio espacial de consumos na rede; Estimativa e afectao de consumos nos ns na rede; Processamento dos dados para carregamento no modelo.

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Fase D Construo do modelo controlo operacional:

Anlise das regras de operao do sistema, nomeadamente nveis de operao de reservatrios, regulaes de vlvulas, bombas e entregas de caudal; Refinamento e tipificao de cenrios; Processamento dos dados para carregamento no modelo.

Fase E Implementao da soluo base :

Compilao dos ficheiros completos correspondentes aos cenrios modelados; Eliminao dos erros detectveis e afinao de opes de modelao; Explorao das capacidades de simulao oferecidas e ganho de sensibilidade ao modelo.

Fase F Verificao do modelo:

Identificao das anomalias de funcionamento do modelo; Anlise de falhas e correco atravs de um processo iterativo; Verificao da conformidade dos resultados obtidos com os dados de projecto.

Fase G Explorao do modelo e planeamento da gesto futura:

Definio das potencialidades do modelo para apoio ao projecto e planeamento; Anlise hidrulica e avaliao do desempenho tcnico; Anlise de qualidade da gua; Planeamento do desenvolvimento continuado do modelo.

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2CARACTERIZAO ADUTOR DO SISTEMA

No sentido de compreender e conhecer melhor o comportamento da rede e o seu controlo operacional, apresenta-se uma descrio detalhada dos diversos elementos do sistema, nomeadamente no que se refere s infraestruturas que constituem o modelo a desenvolver. O presente projecto desenvolvido com a colaborao das guas do Douro e Paiva. A Empresa colocou disposio as suas instalaes e informao de forma a possibilitar a modelao do seu sistema adutor. Devido grande extenso da rede de abastecimento, o presente estudo concentra-se numa parte do Subsistema Adutor Sector Lever Sul das guas do Douro e Paiva, nomeadamente desde a ETA de Lever at Moldes, incluindo as derivaes para Vergada-Granja e Mozelos.

Fig.4 Mapa da rede adutora AdDP modelada

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2.1. COMPLEXO DE LEVER

A ETA de Lever tornou-se a mais emblemtica infraestrutura da AdDP, com uma capacidade instalada para produzir diariamente 400 000 m de gua. Reforada em 2004 com uma unidade de prtratamento que, utilizando um processo de filtragem em meio granular, remove a turvao excessiva da gua captada no Rio Douro em perodos marcados por condies climatricas especialmente adversas. Esta unidade conferiu ETA de Lever capacidade para tratar gua superficial para consumo pblico com turvao superior a 200 NTU (unidade nefelomtrica de turvao). Refira-se, a propsito, que o valor deste parmetro no ponto de entrega aos municpios aproximadamente de 0.25 NTU, cerca de mil vezes menos.

Fig.5 Complexo de Lever

Complexo de Lever responsvel pelo abastecimento de gua a mais de 1,4 milhes de habitantes de 13 municpios, o que corresponde a aproximadamente 85% da populao abrangida pelo sistema. Situado na margem esquerda do rio Douro, o complexo de Lever integra as seguintes infraestruturas como se pode ver na Fig.6: Uma captao de gua superficial; Um reservatrio de gua bruta; Um reservatrio de gua tratada; Uma unidade de pr-tratamento; Uma estao de tratamento de gua (ETA); Uma unidade de tratamento de lamas; Duas subestaes elctricas; Trs poos de captao em profundidade; Duas estaes elevatrias.

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Fig.6 Planta de implantao do complexo de Lever

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2.2. PROCESSO DE TRATAMENTO

A captao efectuada na albufeira de Crestuma-Lever por grupos de elevao submersveis e encaminhada para um reservatrio de gua bruta. A gua da captao recebe um tratamento inicial de filtrao pressurizada (sem adio de produtos qumicos), passando no sentido descendente por filtros "multicamada" compostos por uma camada de antracite e por vrias camadas de areia de diferente granulometria. Nesta fase conseguida uma forte reduo da sua turvao (cerca de 95%). Aps o pr-tratamento a gua pr-oxidada, seguindo-se a floclulao, doseamento de carvo activado em p (para remover eventuais pesticidas e melhorar as caractersticas organolpticas da gua), flotolao e filtrao. Por fim efectuada uma desinfeco final com cloro, de modo a garantir a qualidade bacteriolgica da gua produzida, quer sada da estao, quer ao longo de toda a rede de distribuio. A gua tratada armazenada num reservatrio com capacidade para 30 000 m, sendo depois elevada para os reservatrios de Jovim, Lagoa e Seixo Alvo.

2.3. ESTAES ELEVATRIAS

O sistema adutor em estudo munido de 5 estaes elevatrias, que se desmultiplicam em vrios grupos, isto , no interior de cada cmara de manobras, podem existir diferentes grupos de elevao. As estaes elevatrias que integram o subsistema Lever Sul podem ser referenciadas em dois tipos fundamentais: a estao elevatria da ETA de Lever e as estaes elevatrias de percurso. A estao elevatria associada ETA, pela sua importncia estratgica para o funcionamento global do sistema e pela sua dimenso, justifica um tratamento individualizado e mais pormenorizado. Possui uma capacidade de 5000 l/s, distribuda por 9 grupos elevatrios: 3 grupos para Seixo Alvo, 2 grupos para Lagoa e 4 grupos para Jovim. Na tabela seguinte apresenta-se um resumo das caractersticas dos grupos:

Quadro 1 Caractersticas da estao elevatria de Lever

Bomba ESTAO ELEVATRIA LEVER Lever Jovim Lever Lagoa Lever Seixo-Alvo Altura N Bombas Manomtrica (mca) 4 2 3 125 136 205 Caudal (m/h) 3900 3900 1044 Cota Eixo (m) 21 21 21

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Por outro lado temos as estaes elevatrias de percurso, de menor importncia e dimenso. Aqui encontram-se os grupos elevatrios de Lagoa, Seixo Alvo, So Vicente de Louredo e Escariz. A estao elevatria de Lagoa constituda por 2 grupos electrobomba de eixo vertical que procede elevao da gua para o reservatrio de Seixo Alvo. Em Seixo Alvo existe uma estao elevatria com 3 grupos electrobomba que faz a bombagem para Alto Marquinho. Do Reservatrio de Alto Marquinho a So Vicente de Louredo bombada a gua para Guizande e para o reservatrio de Abelheira. Esta estao elevatria integra um grupo electrobomba de elevao da gua para um pequeno reservatrio em Guizande e 2 grupos de elevao para Abelheira. Finalmente, a estao elevatria de Escariz integra na sua cmara de manobras 2 grupos electrobomba de eixo vertical que procede elevao para o reservatrio em Provizende. Na adutora de abastecimento ao reservatrio associado a esta estao elevatria, na entrada da cmara de manobras, foi instalado um pequeno grupo elevatrio que abastece um pequeno reservatrio em Rossio. As caractersticas dos grupos de bombagem de percurso encontram-se no quadro seguinte.

Quadro 2 Caractersticas das estaes elevatrias de percurso

Bomba ESTAO ELEVATRIA N Bombas Altura Manomtrica (mca) 70.0 57.0 385.0 106.3 174.0 100.0 Caudal (m/h) 1224.0 1062.0 248.0 159.2 180.0 36.0 Cota Eixo (m) 147.1 205.6 206.8 206.8 545.2 540.0

Lagoa - Seixo-Alvo Seixo-Alvo - Alto Marquinho S.Vic. Louredo - Guizande S.Vic. Louredo - Abelheira Escariz - Provizende Escariz - Rossio

2 3 2 2 2 1

A figura seguinte mostra um desenho de tela final de uma estao elevatria, com o respectivo equipamento hidrulico.

Fig.7 Planta da cmara de manobras de Escariz (Estao Elevatria de Escariz, AdDP)

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2.4. RESERVATRIOS

Do sistema em anlise fazem parte 12 reservatrios que possuem diversas funes. Existem reservatrios de regularizao de transporte ou da aduo, regularizao de distribuio e reservatrios de regularizao mista, que em simultneo realizam aduo e distribuio. Normalmente os reservatrios so constitudos por duas clulas de igual dimenso, excepto os casos em que estes apenas tm funes de distribuio possuindo assim apenas uma nica clula. A entrada de gua far-se- sempre por cima e a sada por baixo, sendo a altura dos reservatrios varivel. No Quadro 3 apresentam-se uma lista dos reservatrios que entraram no estudo e as suas principais caractersticas.

Quadro 3 Caractersticas dos reservatrios

RESERVATRIO Reservatrio de gua Tratada (Lever) Reservatrio de Lagoa Reservatrio de Seixo-Alvo Reservatrio de Mozelos Reservatrio de S.Vic.Louredo Reservatrio de Escariz Reservatrio de Alto Marquinho Reservatrio da Abelheira Reservatrio de Provizende Reservatrio de Ramil - Argoncilhe Reservatrio de Guizande Reservatrio do Rossio

N Clulas 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1

Cap. Total (m) 30 000 35 000 6 000 4 000 2 000 200 6 000 2 000 400 5 000 50 100

Cota Base 22.0 147.0 214.0 200.0 207.0 545.0 257.6 563.0 705.0 245.0 300.0 30.0 Pleno 26.3 153.0 220.6 204.5 210.8 547.4 265.4 566.8 708.3 250.2 303.0 32.0

Para alm das tubagens e acessrios usuais, ser sempre considerada entrada de cada reservatrio uma vlvula de seccionamento e uma ou duas vlvulas de controlo altimtrico conforme o nmero de clulas existentes. Do conjunto de vlvulas a instalar nos reservatrios, destaca-se para efeitos de modelao a vlvula de controlo altimtrico ou de alvio. Este tipo de vlvula destina-se a manter um determinado valor da presso a montante da seco onde est montada e frequentemente utilizado como artifcio para modelar a entrada de gua por cima num RNV. Esta regulada de modo a manter um valor mnimo de presso a montante do RNV, igual altura de entrada da gua. Na Fig.8 apresenta-se um desenho de tela final de um reservatrio, com a respectiva cmara de manobras.

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ADUO 800

DISTRIBUIO 800

Fig.8 Planta do reservatrio de Ramil (AdDP)

2.5. ADUTORAS

O sistema de adutor estudado possui cerca de 100 km de condutas adutoras, onde 45 km so em regime de escoamento elevatrio e outros 55 km em regime gravtico. A aduo desde a Lever at Alto Marquinho feita com recurso a bombagem, atravs de condutas de elevado dimetro. O resto da rede alimentada graviticamente, com excepo da adutora S. VicenteGuizande, S. Vicente Abelheira e Escariz Moldes, onde existem grupos elevatrios de pequena dimenso. No que diz respeito aos materiais, quase toda a rede est executada em ferro fundido dctil (FFD), excepo das adutoras Provizende Moldes e Lever Lagoa Seixo Alvo, que foram construdas em ao devido s altas presses nelas existentes. A adutora Touro Vergada est executada em fibra de vidro. No entanto devido s consequentes roturas da mesma, foi parcialmente desactivada e substituda por uma conduta de FFD em percurso alternativo, isto , foi executado uma espcie de by-pass adutora de fibra de vidro. Um pequeno trecho que eleva a gua de Escariz para o Rossio foi executado em PEAD, por ser de pequena dimenso e com baixas presses. Os dimetros das condutas so os mais variados, mudando consoante as necessidades de abastecimento e conforme a sua localizao em relao ao sistema adutor. No sistema estudado os dimetros esto compreendidos entre o DN125 e DN1000. As curvas, vlvulas e os vrios acessrios do sistema adutor so em FFD, independente do material da conduta, seja ele ao ou PEAD. Os equipamentos a instalar, nomeadamente, as vlvulas de seccionamento, as ventosas e o equipamento de cada descarga de fundo, so em FFD. No interior das cmaras de instalao dos equipamentos, a ligao entre tubagens, acessrios e equipamentos instalados em FFD feita, de uma forma geral, atravs de flanges. No Quadro 4 apresentamos um resumo de todas as adutoras que fazem parte do sistema Sul da AdDP.

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Quadro 4 Caractersticas das adutoras

LEVER SUL Desigao do SubsectorAdutora Lever-Lagoa Adutora Lever-Seixo Alvo I Adutora Lever-Seixo Alvo I Adutora Lagoa-Seixo Alvo I Adutora Seixo Alvo I-Alto Marquinho Adutora Alto Marquinho-Touro Adutora Alto Marquinho-Touro Adutora Touro-S.Vic.Louredo Adutora Touro-S.Vic.Louredo Adutora S.Vic.Louredo-Abelheira Adutora Touro-Vergada Adutora Touro-Vergada Adutora Touro-Vergada Adutora Touro-Vergada Adutora Touro-Vergada Adutora Vergada-Granja Adutora Vergada-Granja Adutora Vergada-Mozelos Adutora Mozelos-Portela Adutora Vila Seca-Guizante Adutora Cedofeita-Vale Adutora Abelheira-Escariz Adutora Escariz-Provizende Adutora Provizende-Moldes Adutora Provizende-Moldes Adutora Provizende-Moldes Adutora Provizende-Moldes Adutora Seixo Alvo - Portela II Adutora Escariz - Rossio

DN (mm) 1800 900 700 700 800 1000 800 350 300 300 800 300 250 200 1000 800 600 500 500 150 150 350 250 250 200 150 125 600 125

PNmx Comprimento (m) Material (bar) 16 25 25 10 10 10 10 25 25 40 25 25 25 25 25 16 16 16 16 16 16 s/ inf. s/ inf. s/ inf. s/ inf. s/ inf. s/ inf. 10 s/ inf. 3396.9 4559.6 94.0 1131.1 1103.6 42.0 1061.0 2571.0 8672.0 11162.0 6718.3 843.4 562.5 557.6 2440.0 6560.0 152.0 3600.0 1650.0 1516.0 1024.0 4478.9 6787.0 5605.0 790.0 2379.0 4591.0 573.0 810.0 Ao FFD FFD Ao FFD FFD FFD FFD FFD FFD FFD FFD FFD FFD PRVD FFD FFD FFD FFD FFD FFD FFD FFD Ao Ao Ao Ao FFD PEAD

Regime de Escoamento Elevatrio Elevatrio Elevatrio Elevatrio Elevatrio Gravtico Gravtico Gravtico Gravtico Elevatrio Gravtico Gravtico Gravtico Gravtico Gravtico Gravtico GravticoGravtico/Elevatrio Gravtico/Elevatrio

Elevatrio Elevatrio Gravtico Elevatrio Gravtico Gravtico Gravtico Gravtico Gravtico Gravtico

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3LEVANTAMENTO DE CADASTRO DADOS DE

Praticamente todo o cadastro do sistema adutor da empresa AdDP est inserido em ambiente SIG. Esta ferramenta informtica tem um papel fundamental. Organiza a informao de todas as infraestruturas, proporcionando aos colaboradores um conhecimento profundo de toda a rede possvel localizar todos os equipamentos existentes em qualquer ponto apenas pela consulta da base de dados. Uma parte significativa dos dados de base constantes nos ficheiros de entrada obtida a partir das telas finais e plantas de cadastro. Estes desenhos, em regra, tm informao sobre; os traados, dimetros e o material das tubagens, a localizao dos reservatrios, das estaes elevatrias, das sobrepressoras e a localizao e identificao dos diversos acessrios que influenciam o funcionamento do sistema como vlvulas, ventosas, medidores de caudal, etc. Atravs da interaco entre as ferramentas SIG-CAD-EPANET foi possvel de modo quase imediato a colocao em EPANET do traado da rede pretendida. Os desenhos de telas finais da AdDP encontram-se em formato AutoCad. O EPANET tem uma aplicao que permite transformar ficheiros Cad (*DWF) em ficheiros EPANET (*INP). Esta transformao rpida e permitiu criar de imediato o traado das condutas e ns representativos das caixas de visita. A caracterizao fsica da rede estava incompleta e foi necessrio introduzir directamente a informao em falta no interface do EPANET, no entanto, a disponibilidade destas ferramentas representam um considervel avano no desenvolvimento da construo do modelo. Nos modelos hidrulicos nem sempre necessrio incluir a totalidade da informao existente do sistema, podendo esta ser filtrada de forma a construir um sistema simplificado sem afectar a fiabilidade dos resultados. Assim de modo a facilitar a leitura e pesquisa de dados de cadastro foi esquematizada toda a informao estritamente necessria para a construo do modelo. Toda a informao foi retirada da base de dados da AdDP. A ttulo exemplificativo apresenta-se, no anexo A, alguma informao recolhida. No quadro seguinte define-se a informao e registos necessrio para a construo do modelo.

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Quadro 5 Informao necessria para construo do modelo

ELEMENTOS

INFORMAO Coordenadas Dimenses

Reservatrios

Cotas Nveis de funcionamento Registo de nveis Traado da cmara de manobras Coordenadas

Caixas de visita

Cotas Derivaes Comprimento Dimetro

Adutoras

Cotas Coordenadas dos ns de ligao Material Numero de grupos electrobomba Cota do eixo vertical

Estaes Elevatrias

Curva caracterstica da bomba Localizao Controlos de funcionamento Localizao Tipo

Vlvulas

Cotas Dimetro Controlo

Registos de caudais nos pontos de entrega Registos dos caudais nas leituras internas Registos de concentraes de cloro

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4CONSTRUO DO MODELOO modelo construdo tem como finalidade reproduzir com a maior fidelidade os parmetros hidrulicos e fsicos do sistema de aduo Sul das guas do Douro e Paiva. Neste ponto, e aps recolha da informao, necessrio mais uma vez filtrar a informao essencial para introduzir no programa de simulao. A exigncia pretendida justifica-se na medida em que os modelos para sistemas de aduo carecem de um elevado grau de detalhe no que se refere s regras operacionais, funcionamento dos grupos electrobomba, configuraes dos reservatrios e restantes equipamentos. Assim a elaborao do modelo requer o maior cuidado e ateno por parte dos intervenientes. Da sua rigorosa construo vai depender o sucesso ou fracasso de toda a modelao, assegurando o correcto funcionamento do sistema e a veracidade da informao fornecida pelo modelo. Este o caminho que levar construo da ferramenta de gesto exigida. A nomenclatura relativa aos elementos fsicos da rede foi analisada de forma a conjugar a nomenclatura j existente na AdDP e a dos novos elementos. Assim esta foi devidamente estruturada de modo a identificar facilmente todos os elementos de uma forma clara e fundamentada. Nos sub-captulos seguintes feito um maior desenvolvimento sobre este assunto e apresenta-se a forma como esta foi esquematizada. Antes de se iniciar o carregamento de dados para o modelo, foram configuradas as opes necessrias do software, nomeadamente no que se refere a unidades das principais grandezas consideradas na modelao que so fundamentais para o carregamento dos dados descritivos do modelo e para a expresso dos seus resultados. De forma a facilitar o trabalho de gesto dos dados foram consideradas as grandezas que o programa de simulao EPANET2 utiliza. O Quadro 6 apresenta as unidades das principais grandezas utilizadas neste estudo.

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Quadro 6 Grandezas a considerar na simulao (Rossman 2000)

Parmetros Concentrao Consumo Rugosidade equivalente Dimetro (condutas) Dimetro (reservatrios) Eficincia Cota Energia Caudal Factor de Resistncia Carga Hidrulica Comprimento Potncia Presso Coeficiente de perda de carga Velocidade Volume Idade da gua

Unidades mg/l l/s mm mm m % m kWh l/s Adimensional m m kW m m/Km m/s m hora

4.1. ADUTORAS

Num primeiro passo, as condutas adutoras provenientes de desenhos no formato de AutoCAD com a configurao real do sistema adutor foram introduzidas em ambiente EPANET, o que possibilitou de forma imediata obter-se no s o traado de toda a rede, como os seus pontos notveis, as caixas de visita. Seguidamente foi necessrio analisar as telas finais das caixas de visita, para posteriormente se introduzirem as cotas a que estas se encontram e os dimetros internos das adutoras. As condutas foram divididas por troos, de modo a representar a evoluo das mesmas ao longo do terreno. Como j foi referido, considerou-se sempre um troo de conduta entre caixas de visita, podendo estas integrar derivaes, acessrios, vlvulas de seccionamento, pontos altos (ventosas) e pontos baixos (descargas de fundo). A figura seguinte apresenta o traado da rede adutora inserido no modelo EPANET.

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Fig.9 Traado da rede adutora em EPANET

A opo de estado (aberto, fechado ou contendo uma vlvula de reteno) foi definida como aberto para a generalidade das condutas, verificando-se apenas a montante e a jusante dos reservatrios a colocao de tubagem com vlvula de reteno de modo a impor que o escoamento se processe apenas num sentido. A Fig.10 apresenta as vlvulas de reteno colocadas a montante e a jusante de um reservatrio.

Fig.10 Vlvulas de reteno a montante e a jusante do reservatrio

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O coeficiente de rugosidade foi introduzido em funo do tipo de material e idade das condutas. Sendo este um valor tabelado e devido ao desconhecimento do estado das condutas, foi considerado um valor de 0.15 mm para as condutas em FFD e 0.10 mm para as condutas em ao. O cdigo de localizao considerado, quer para as condutas quer para as caixas de visita, foi o cdigo j definido e utilizado pela AdDP (ver exemplo no Quadro 7 e Quadro 8).

Quadro 7 Exemplo cdigo das adutoras

Cdigo Localizao 6345

Cdigo Tipo de Infraestrutura TA Troo Adutor

N do troo 001

Quadro 8 Exemplo cdigo das caixas de visita


Cdigo Tipo de Infraestrutura CV Caixa Visita

N do troo 001

Na figura seguinte apresenta-se um pequeno trecho de rede de forma a exemplificar o traado desta e os cdigos de localizao das caixas de visitas e das adutoras.

Fig.11 Identificao de um pequeno trecho da adutora Provizende Moldes

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No quadro seguinte feita a correspondncia entre a adutora e o respectivo nmero de localizao. Como j foi referido esta designao foi a previamente definida pela AdDP.

Quadro 9 Cdigo das adutoras

Cdigo Localizao 6340 6341 6342 6344 6345 6349 6350 6365 6346 6348 6369 6371 6372 6373 6368 6369 0040

Adutora Adutora Lever Lagoa Adutora Lever Seixo Alvo I Adutora Lagoa Seixo Alvo I Adutora Seixo Alvo I Alto Marquinho Adutora Alto Marquinho Touro Adutora Touro Vergada Adutora Vergada Granja Adutora Vergada Mozelos Adutora Touro S.Vicente de Louredo Adutora S.Vicente Louredo Abelheira Adutora Vila Seca Guizande Adutora Abelheira Escariz Adutora Escariz Provizende Adutora Provizende Moldes Adutora Seixo Alvo I Portela Adutora Vila Seca Guizande Adutora Escariz Rossio

4.2. RESERVATRIOS

Os reservatrios foram introduzidos no modelo, logo a seguir s condutas adutoras. Consideram-se duas situaes distintas de reservatrios nos modelos EPANET: os reservatrios de nvel fixo (RNF) e os reservatrios de nvel varivel (RNV). Estes ltimos distinguem-se dos anteriores por terem uma capacidade de armazenamento limitada, podendo o volume de gua armazenado variar ao longo da simulao. O sistema em estudo constitudo por um reservatrio de nvel fixo e 12 reservatrios de nvel varivel. O reservatrio de nvel fixo representa a origem de gua do sistema, ou seja, o Rio Douro que correspondente s captao do complexo de Lever. Para efeitos de modelao o complexo de Lever foi tratado como um reservatrio de nvel fixo que corresponde a todo o processo de captao de gua e ao abastecimento dos reservatrios de gua tratada. A figura seguinte apresenta o reservatrio de nvel fixo e os grupos elevatrios associados ao complexo de Lever.

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Fig.12 RNF da ETA de Lever e grupos electrobomba da estao elevatria

Os reservatrios de nvel varivel foram construdos em modelo com a ajuda das telas finais das cmaras de manobra. Estas ajudaram a identificar os elementos e acessrios existentes na chegada das adutoras aos reservatrios. De forma a simplificar e de acordo com a infraestrutura existente, os reservatrios so equipados, a montante com duas vlvulas altimtricas e a jusante com duas vlvulas de seccionamento, como podemos ver na Fig.13.

Fig.13 Reservatrio de nvel varivel

A entrada de gua nos reservatrios efectuada por cima. Para modelar foi necessrio recorrer a uma vlvula altimtrica regulada para o nvel de entrada de gua no reservatrio de modo a garantir a correcta simulao desta particularidade. Com ajuda de fichas e quadros informativos, nas propriedades destes elementos introduziram-se os valores de cota de soleira, altura de gua inicial, altura de gua mnima, altura de gua mxima e respectivo dimetro.

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4.3. NS No sistema em estudo existem dois tipos de ns: os ns representativos de caixas de visitas, isto , pontos onde se verificou a existncia de derivaes, caixas de acessrios, vlvulas de seccionamento, pontos altos (ventosas) e pontos baixos (descargas de fundo), e os ns que representam pontos de entrega. Fisicamente todos os ns representativos de caixas de visita foram automaticamente inseridos no modelo com a importao do traado da rede, sendo apenas necessrio colocar a cota de soleira da conduta. Aps identificao das fronteiras da rede adutora, introduziram-se os ns de consumo ou pontos de entrega que identificam as redes de distribuio a jusante. A fronteira entre a rede de aduo e distribuio assim representada pelos ns de consumo ou pontos de entrega. Consumos que so gerados pela rede de distribuio que se encontra a jusante. Associado aos consumos foi especificado o padro temporal de forma a traduzir a sua variao no tempo. Tal como as caixas de visita e as adutoras, o cdigo de localizao a estes idntico (Quadro 10).

Quadro 10 Exemplo cdigo das caixas de visita


Cdigo Tipo Infraestrutura PE Ponto Entrega

N do Ponto 001

Na Fig.14 est um exemplo de um trecho da rede adutora onde se identifica os pontos que representam as caixas de visita assim como os pontos de entrega respectivamente identificados.

Fig.14 Identificao dos pontos de entrega

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4.4. ESTAES ELEVATRIAS

O sistema adutor em estudo constitudo por 6 estaes elevatrias: EE Lever, EE Lagoa, EE Seixo Alvo, EE So Vicente de Louredo e EE Escariz. No entanto algumas destas estaes elevatrias dividem-se em subestaes, isto , dentro de uma cmara de manobras a gua pode ser elevada para stios diferentes. Dentro da EE Lever existem os grupos de elevao para Seixo Alvo e para Lagoa, assim como a EE So Vicente de Louredo que constituda por 2 grupos distintos: Abelheira e Guizande. Com base nas telas finais foram colocados em EPANET todos os grupos electrobomba de eixo vertical que integram o sistema. Com auxlio de folhas informativas que caracterizam os grupos elevatrios foi complementada a sua caracterizao (a CCB e a cota do eixo vertical). Por motivo do sistema em estudo j se encontrar em funcionamento h alguns anos natural que, por vezes, a informao relativa ao funcionamento da bomba esteja desactualizado pois esta, com o passar do tempo tende a perder capacidade de elevao. Atravs da anlise de registos dirios foi possvel estabelecer o ponto de funcionamento actual de cada grupo. Com a definio de um ponto de funcionamento o programa EPANET gera automaticamente uma curva caracterstica da bomba. A Fig.15 mostra que atravs do ponto de funcionamento o programa consegue gerar uma curva caracterstica da bomba correspondente.

Fig.15 Curva caracterstica da bomba de So Vicente de Louredo

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A nomenclatura adoptada para todas as curvas das bombas foi as iniciais CCB _ e o local da bomba. Como exemplo, CCB_S.V.LOUREDO. Para os grupos electrobomba o cdigo de localizao idntico ao das curvas, tendo como letra inicial B_ as iniciais do local da bomba_n da bomba. Como exemplo, B_ETA1. Na figura seguinte esto representados os grupos electrobomba que constituem parte da EE da ETA de Lever.

Fig.16 Identificao dos grupos electrobomba da ETA de Lever

4.5. VLVULAS

O passo seguinte da construo do modelo foi o carregamento das vlvulas, umas associadas aos reservatrios e outras ao sistema adutor. No sistema adutor modelado foram introduzidas 4 tipos de vlvulas: TCV Vlvulas borboleta de seccionamento VB; PSV Vlvulas altimtricas ou de alvio VA; PRV Vlvula redutoras de presso VRP; FCV Vlvula Redutora de caudal VRC.

Na entrada dos reservatrios de nvel varivel sempre que necessrio foram instalados um conjunto de vlvulas destinadas a controlar o nvel de gua no reservatrio, a simular a entrada de gua acima da superfcie livre, bem como a controlar a admisso de caudal. Foi tambm introduzida uma vlvula redutora de presso na adutora Provizende Moldes para evitar presses elevadas na chegada a Arouca, numa zona em que as cotas do terreno so bastante inferiores s de montante. O controlo operacional desta vlvula foi feito como em projecto, de forma a que chegada a Moldes se obtenha uma presso no superior a 25 mca.

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Todos os controlos operacionais foram efectuados atravs da interpretao das leituras dos caudalmetros e registos dos nveis dos reservatrios existentes. O cdigo de localizao das vlvulas utilizado foi o seguinte:

Quadro 11 Exemplo cdigo das vlvulas

Tipo de Vlvula VB_ VA_ VRP_ VRC_

Iniciais da Localizao PROV_ PROV_ PROV_ PROV_

N da Vlvula 01 01 01 01

Na figura seguinte apresentada o conjunto de vlvulas que constituem a representao de um reservatrio com os respectivos elementos de entrada e sada.

Fig.17 Identificao das vlvulas existentes em Ramil - Argoncilhe

Com estes procedimentos descritos o sistema Lever Sul da AdDP ficou fisicamente modelado. Foram criteriosamente colocadas todas as infraestruturas e equipamentos, e estes foram devidamente identificados e caracterizados. Excepcionalmente as consideraes relativas aos controlos operacionais dos equipamentos bem como a justificao dos padres consumos so abordados no captulo seguinte.

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5CALIBRAO VERIFICAO

A fase de verificao do modelo constitui uma importante etapa do trabalho, uma vez que permite a identificao das anomalias de funcionamento do mesmo, bem como a anlise e correco atravs de um processo iterativo com base na repetio de simulaes computacionais do modelo. Estes resultados e respectiva interpretao tm como linhas orientadoras a utilizao do modelo para planeamento e apoio futura explorao. Como j foi referido, o presente estudo tem por base o sistema adutor da AdDP, pretendendo-se que a modelao matemtica do sistema reproduza com a maior fidelidade os parmetros fsicos e hidrulicos pelo qual o sistema se rege. Desta forma, para a calibrao e verificao de resultados foi adoptada a estratgia de simular uma situao real que j tenha ocorrido, isto , foram utilizados todos os registos e cadastros de dados de um dia 11 de Fevereiro de 2008 e feita toda a modelao de acordo com esse dia. A calibrao ento efectuada atravs da comparao entre os resultados obtidos pelo modelo matemtico e os resultados obtidos nas medies da AdDP no seu sistema. As principais variveis que reflectem o comportamento hidrulico de um sistema de abastecimento de gua so o caudal e a presso. Neste sentido, como resultado desta etapa de calibrao foram detectadas e corrigidas as diversas anomalias de funcionamento.

5.1. CONSUMOS

Para a calibrao do sistema adutor foram introduzidos, em modelo, os registos dos consumos medidos no dia 11 de Fevereiro de 2008. Os pontos de consumo, na maior parte dos casos, no esto associados aos reservatrios de transio entre o sistema adutor e o sistema de distribuio. A AdDP apenas responsvel pelo abastecimento em alta. O controlo dos reservatrios de distribuio efectuado pelas entidades gestoras da rede local de distribuio (em baixa). Assim devido ao controlo desses reservatrios pelas entidades locais, a AdDP no possui qualquer tipo de informao sobre o consumo da rede de distribuio. Desta forma o consumo est associado ao abastecimento do reservatrio municipal, registado pelo caudalmetro inserido na adutora. Nestas circunstncias, tentar caracterizar redes de distribuio desconhecidas, implicaria uma complexidade agravada qual corresponderia um incremento discutvel da qualidade do modelo. Por este motivo, os consumos do sistema so definidos como pontos de entrega com medio de caudal.

29


5.1.1. PADRONIZAO HORRIA

A forma de incorporar as variaes temporais ao longo do perodo de calibrao de 24 horas consiste em introduzir padres de variao de consumo que correspondem a sequncias de factores. Para efeitos de verificao do presente modelo, foram analisadas todas as leituras de volume nos pontos de entrega e calculadas as factorizaes horrias associadas a cada ponto de entrega. Estes padres encontram-se representados no Quadro 12, ao longo de 24 horas. Apresentam um passo temporal de 60 minutos, que para efeitos de calibrao, foi considerado suficiente. Os dados so provenientes dos registos e leituras efectuadas pelas infraestruturas da AdDP. A variabilidade dos consumos real, tanto no tempo como no espao. De modo exemplificativo apresentamos no Quadro 12 a forma de tratamento de dados. Apresenta o volume acumulado hora a hora num ponto de entrega, bem como o caudal.

Quadro 12 Dados do ponto de entrega de Vila Maior

Hora 00:07:49 01:07:50 02:07:50 03:07:50 04:07:51 05:07:51 06:07:52 07:07:52 08:07:52 09:07:52 10:07:52 11:07:52 12:07:53 13:07:53 14:07:53 15:07:53 16:07:53 17:07:53 18:07:54 19:07:54 20:07:54 21:07:54 22:07:54 23:07:55 00:07:55

6346PE030 - VILA MAIOR Volume m Caudal m/h 873768.0 15.0 873783.0 15.0 873794.0 8.0 873802.0 8.0 873810.0 8.0 873818.0 8.0 873826.0 9.0 873835.0 14.0 873849.0 26.0 873875.0 32.0 873907.0 35.0 873942.0 38.0 873980.0 34.0 874014.0 31.0 874045.0 25.0 874070.0 22.0 874092.0 19.0 874111.0 20.0 874131.0 22.0 874153.0 24.0 874177.0 27.0 874204.0 23.0 874227.0 22.0 874249.0 15.0 874264.0 Qmd (m3/h) 20.6 Qmd (l/s) 5.7

Factores Horrios 0.7258 0.5322 0.3870 0.3870 0.3870 0.3870 0.4354 0.6774 1.2580 1.5483 1.6930 1.8387 1.6451 1.5000 1.2096 1.0645 0.9193 0.9677 1.0645 1.1612 1.3064 1.1129 1.0645 0.7258 24

30


O grfico seguinte representa a factorizao horria do consumo de um ponto de entrega ao longo de 1 dia.6346PE030 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 000 :0 7: 01 49 :0 7: 02 50 :0 7: 03 50 :0 7: 04 50 :0 7: 05 51 :0 7: 06 51 :0 7: 07 52 :0 7: 08 52 :0 7: 09 52 :0 7: 10 52 :0 7: 11 52 :0 7: 12 52 :0 7: 13 53 :0 7: 14 53 :0 7: 15 53 :0 7: 16 53 :0 7: 17 53 :0 7: 18 53 :0 7: 19 54 :0 7: 20 54 :0 7: 21 54 :0 7: 22 54 :0 7: 23 54 :0 7: 55

Fig.18 Grfico da distribuio horria de consumo

No Quadro 13 so apresentados para todos os pontos de entrega utilizados no estudo, a sua rea de influncia e o caudal mdio do dia 11 de Fevereiro de 2008.

Quadro 13 Factorizao do consumo de todos os pontos de entrega

PONTO ENTREGA

LOCALIZAO

Qmd (l/s)

GRFICO DE FACTORIZAO

6349PE070

Argoncilhe

3.08

6363PE075

Mozelos

6.42

6382PE080

Nogueira

9.03

31


PONTO ENTREGA

LOCALIZAO

Qmd (l/s)


6341PE005

Portelinha

5.62

6381PE010

Rasa - Gaia

318.47

6381PE015

Crestuma

3.72

6381PE016

F.C. PORTO

4.14

6381PE017

Portela

261.70

32


PONTO ENTREGA

LOCALIZAO

Qmd (l/s)


6390PE020

Alto-Marquinho

6.44

6345PE025 S.Miguel O-Anjo

1.4 4

6346PE030

Vila Maior

5.74

6385PE033

Guizande

2.00

6393PE045

Abelheira (c/elevao)

6.99

6394PE054

Provizende

2.33

33


PONTO ENTREGA

LOCALIZAO

Qmd (l/s)


6373PE055

Souto Redondo

1.34

6373PE056

Ameixieira

1.96

6373PE057

Forcada

4.69

6373PE058

Moldes

19.41

6349PE060

Olival-Gaia

5.53

6349PE065

Cabeo e Loureiro

15.51

34


5.2. TEMPO A modelao do sistema de abastecimento de gua foi efectuada com base em simulaes da evoluo do sistema ao longo do tempo, atravs de sequncias de solues de equilbrio hidrulico obtidas para sucessivos instantes. Neste ponto do projecto, tendo por objectivo calibrar o modelo, foi utilizada uma durao total 24 horas. O intervalo de tempo considerado para o clculo hidrulico foi de 5 minuto, com um intervalo de relatrio de estado de 60 minutos.

5.3. CONTROLOS OPERACIONAIS

Os controlos so um conjunto de instrues que estabelecem o modo como a rede opera ao longo do tempo em funo de determinadas condies. Aplicam-se estes controlos sobre o estado das condutas, bombas ou vlvulas, que podero ser accionados em funo do tempo, da altura de gua num reservatrio e da variao de caudal ou presso em determinados pontos da rede. Para o cenrio considerado, tratando-se de um sistema misto, isto , por gravidade e por elevao, foi necessrio ter em ateno os controlos relativos ao funcionamento das vlvulas altimtricas entrada dos reservatrios, bem como de todos os grupos electrobomba existentes no sistema. Foram aplicados controlos mltiplos que alteram o estado dos elementos de acordo com o funcionamento desejado. As vlvulas altimtricas foram reguladas de forma a controlar a presso entrada dos reservatrios. As vlvulas de seccionamento receberam controlos de abertura e de fecho conforme os nveis de funcionamento de cada reservatrio. Aos grupos electrobomba foram ajustados pontos de funcionamento reais e tempos de bombagem que se ajustam aos consumos em tarifa elctrica mais baixa, conforme a AdDP programou. De uma forma geral foi feita uma anlise aos registos do dia de calibrao de forma a entender todo o controle necessrio a efectuar na rede adutora. Este processo permite que o funcionamento do modelo matemtico obtenha um comportamento similar realidade e desta forma reproduzir fielmente o sistema. No anexo B encontram-se todos os controlos operacionais efectuados ao sistema.

5.4. ERROS DE ESTADO

O relatrio de estado processado pelo EPANET, aps executar a simulao, indica mensagens de erro e aviso, associadas aos elementos pelo respectivo cdigo (ID) e localizadas no tempo pelo correspondente passo de clculo hidrulico. De seguida, mostram-se alguns exemplos de mensagens associadas a este tipo de erros: AVISO: N 6345PE030 desligado s 1:00:30 hrs AVISO: Sistema desligado devido ao troo 6350TA002 AVISO: Presso Negativa s 6:55:22 hrs.

35


Todos os tipos de erros foram detectados e resolvidos com base na anlise do comportamento real do sistema adutor. Detectou-se uma sensibilidade associada entrada de gua nos reservatrios que requer cuidados especiais no que se refere configurao das vlvulas altimtricas que controlam o nvel de gua nos reservatrios e, simultaneamente, limitam os caudais aduzidos. Outra das verificaes do modelo passou pela eliminao das mensagens de equilbrio no atingido ou de nmero mximo de iteraes atingido.

AVISO: Mximo de iteraes excedido s 15:13:15 hrs. Equilbrio no atingido.

Esta condio ocorre quando o EPANET no consegue convergir para uma soluo hidrulica em determinado passo de clculo com o nmero mximo de iteraes fixado. Os valores por defeito na aplicao propem uma frequncia elevada de verificao de estado. No entanto para a simulao em causa, o programa requer uma mudana destes valores de forma a diminuir a frequncia de verificaes de estado e aumentar o nmero de iteraes, permitindo assim um correcto clculo hidrulico. Uma grande parte dos erros de instabilidade do sistema e incompatibilidades entre equipamentos tinham origem no processamento dos controlos operacionais, verificando-se na execuo das simulaes iniciais vrias dificuldades de convergncia para uma soluo hidrulica. Neste sentido foi feito um rastreio cuidadoso a todos os comandos operacionais, tentando simplificar as regras operacionais criadas, de modo a evitar instabilidades e erros no sistema. As mensagens de que a FCV no consegue debitar o caudal regulado no correspondem a uma condio de erro na modelao; alertam apenas para o facto de o caudal que circula na conduta onde a vlvula est inserida ser inferior ao estipulado no parmetro de controlo.

AVISO: FCV FRC_2 aberta mas no consegue entregar caudal s 1:45:00 hrs.

Esta situao poder ser frequente e perfeitamente aceitvel, sempre que no seja possvel ou desejvel fornecer o caudal para o qual foi regulada como limite mximo.

5.5. RESULTADOS

A simulao hidrulica do dia 11 de Fevereiro de 2008 do sistema adutor da AdDP num perodo real de 24 horas permitiu verificar que o modelo consegue um comportamento consideravelmente idntico ao do sistema adutor em causa. Estes resultados foram conseguidos aps sucessivas simulaes hidrulicas e constantes ajustes no sistema de forma a que todo o modelo reproduzisse fielmente o sistema em questo.

36


Todos estes processos de verificao do modelo anteriormente descritos foram realizados iterativamente. Os passos principais foram repetidos at determinadas condies de aceitabilidade serem verificadas. Este um processo demorado que requer uma anlise cuidada dos diversos parmetros envolvidos na simulao, desde os dados fsicos, consumos, controlos operacionais, opes e configuraes da modelao. O entendimento de que o modelo se encontrava calibrado deveu-se comparao entre os resultados hidrulicos obtidos pelo modelo e os cadastros das leituras efectuadas pela AdDP. A comparao de registos permitiu obter os resultados finais da calibrao e perceber o grau de preciso que o modelo nos oferece. Como verificao final, utilizou-se a leitura dos nveis nos reservatrios. Nos grficos seguintes apresentamos a anlise efectuada aos registos de sada do modelo e as leituras da AdDP no que respeita aos nveis nos reservatrios.

M e tros

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE PROVIZENDE

3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,0000: 00 :0 1: 0 00 : 2 : 00 00 :0 3: 0 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 : 6 : 00 00 :0 7: 0 00 :0 8: 0 00 : 9 : 00 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0: 14 0 0 :0 0 1 5 :0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0: 21 0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0 2 4 :0 0 :0 0: 00

REALIDADE MODELO

Fig.19 Grfico de comparao do nvel em Provizende

Hora

37

38M e trosM e tros 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000

0,000

0,500

1,000

1,500

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

Fig.20 Grfico de comparao do nvel em Escariz

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE ESCARIZ

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE ABELHEIRA

Fig.21 Grfico de comparao do nvel em AbelheiraMODELO REALIDADE Hora

MODELO

0: 00 :0 1: 0 00 :0 2: 0 00 :0 3: 0 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 :0 7: 0 00 :0 8: 0 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0 1 4 :0 0 :0 0 1 5 :0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0: 2 2 00 :0 0 2 3 :0 0 :0 0 2 4 :0 0 :0 0: 00

0: 00 :0 1: 0 00 :0 2: 0 00 : 3 : 00 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 : 7 : 00 00 :0 8: 0 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0 1 4 :0 0 :0 0 1 5 :0 0 :0 0: 16 00 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0 2 4 :0 0 :0 0: 00

REALIDADE


Hora

M e tros

M e tros

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

Fig.22 Grfico de comparao do nvel em So Vicente de Louredo

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE S. VIC. LOUREDO

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE MOZELOS

Fig.23 Grfico de comparao do nvel em MozelosMODELO REALIDADE Hora

MODELO

0: 00 :0 1: 0 00 :0 2: 0 00 :0 3: 0 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 :0 7: 0 00 :0 8: 0 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0 1 4 :0 0 :0 0: 15 0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0: 24 0 0 :0 0: 00

0: 00 :0 1: 0 00 :0 2: 0 00 :0 3: 0 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 :0 7: 0 00 :0 8: 0 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0: 14 00 :0 0 1 5 :0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0 2 4 :0 0 :0 0: 00

REALIDADE


Hora

39

404,0000 5,0000 6,0000 7,0000 8,0000 0,0000 0,5000 1,0000 1,5000 2,0000 2,5000 3,0000 3,5000 4,0000 M e tros M e tros

0,0000

1,0000

2,0000

3,0000

Fig.24 Grfico de comparao do nvel em Ramil - Argoncilhe

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE RAMIL-ARGONCILHE

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE ALTO MARQUINHO

Fig.25 Grfico de comparao do nvel em Alto MarquinhoMODELO REALIDADE Hora

MODELO

0: 00 :0 1: 0 00 :0 2: 0 00 : 3 : 00 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 :0 7: 0 00 : 8 : 00 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0 1 4 :0 0 :0 0 1 5 :0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0: 24 00 :0 0: 00

0: 00 :0 1: 0 00 :0 2: 0 00 : 3 : 00 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 :0 7: 0 00 : 8 : 00 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0 1 4 :0 0 :0 0 1 5 :0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0: 24 00 :0 0: 00

REALIDADE


Hora

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

M e tros

M e tros0: 00 00 :0 0 1:

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

0:

Fig.26 Grfico de comparao do nvel em Seixo - Alvo

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE SEIXO-ALVO

VERIFICAO DO NIVEL DO RESERVATRIO DE LAGOA

Fig.27 Grfico de comparao do nvel em LagoaMODELO REALIDADE Hora

00 :0 1: 0 00 :0 2: 0 00 :0 3: 0 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 :0 7: 0 00 :0 8: 0 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0: 13 00 :0 0 1 4 :0 0 :0 0 1 5 :0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0: 24 00 :0 0: 00:0 2: 0 00 :0 3: 0 00 :0 4: 0 00 :0 5: 0 00 :0 6: 0 00 :0 7: 0 00 :0 8: 0 00 :0 9: 0 00 1 0 : 00 :0 0 1 1 :0 0 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :0 0 :0 0: 14 00 :0 0 1 5 :0 0 :0 0 1 6 :0 0 :0 0 1 7 :0 0 :0 0 1 8 :0 0 :0 0 1 9 :0 0 :0 0 2 0 :0 0 :0 0 2 1 :0 0 :0 0 2 2 :0 0 :0 0 2 3 :0 0 :0 0 2 4 :0 0 :0 0: 00

MODELO

REALIDADE


Hora

41


Fig.28 Simulao de calibrao bem sucedida (interface EPANET)

Durante as primeiras simulaes especficas dos cenrios obtiveram-se alguns resultados com disparidades facilmente identificveis e devidas a causas evidentes. Surgiram ainda outras de maior dificuldade de identificao. Segundo Coelho (2006), a correco deste tipo de discrepncias chamada macro-calibrao que decorre iterativamente, com ajustamentos, simulaes e comparaes sucessivas, at obteno do melhor grau de preciso desejado para apoio ao projecto e planeamento. Como se observa em alguns dos reservatrios, existe alguma discrepncia entre os valores registados e os calculados. No entanto, essas diferenas encontram-se dentro de uma margem de erro aceitvel. Numa anlise mais pormenorizada, algumas diferenas entre o modelo e a realidade surgem pelo facto de os controlos operacionais, por muito prximos que sejam da realidade, nunca serem cem por cento fiis ao sistema adutor da AdDP. Outra razo pode estar nas flutuaes do sistema adutor real, isto , o controlo operacional de alguns dos equipamentos como vlvulas reguladoras de caudal, vlvulas altimtricas, vlvulas reguladoras de presso e grupos electrobomba, no ser imune a falhas operacionais. Por outro lado, o modelo numrico rege-se pelos controlos operacionais programados e numericamente no compreende qualquer falha ou flutuao dos valores inseridos. um facto que um modelo matemtico de um sistema adutor de tal complexidade hidrulica nunca representar com exactido os parmetros hidrulicos observador no sistema real.

42


6EXPLORAO DO SISTEMASegundo Rossman (2000), a utilizao mais imediata de um modelo o aprofundamento do conhecimento sobre o funcionamento do sistema modelado, por outras palavras, o ganho de sustentabilidade ao seu comportamento. A anlise realizada no pretende ser exaustiva, mas antes ilustrar de forma simples uma abordagem utilizao do modelo para compreender o funcionamento de um sistema. Desta forma os cenrios simulados tiveram como objectivo a percepo do comportamento do sistema adutor em situaes limite. Os cenrios explorados vo permitir compreender, de uma forma geral, as capacidades de abastecimento que o sistema adutor Sul da AdDP capaz. Foram simulados dois cenrios distintos:

Explorao do sistema em baixo consumo com reduo de 50% no consumo base do sistema relativamente a um dia de funcionamento normal (dia 11 de Fevereiro de 2008); Explorao do sistema em alto consumo com previso de consumos futuros e introduo de um novo ponto de entrega com um consumo dirio de 500 m.

A modelao do sistema de abastecimento de gua foi efectuada com base em simulaes da evoluo do sistema ao longo do tempo, atravs de sequncias de solues de equilbrio hidrulico obtidas para sucessivos instantes. O modelo foi desenvolvido para simulao em perodo alargado de 5 dias (120 horas), em que o padro de consumo relativo a cada ponto de entrega repetido no incio de cada intervalo de 24 horas. O intervalo de tempo considerado para o clculo hidrulico foi de 5 minutos, com anlise de estado de 15 minutos em 15 minutos. Pela sua expressividade, optou se essencialmente pela representao grfica, complementada com representao numrica e tabelar dos resultados. Atravs da execuo dos cenrios descritos e respectiva anlise, preveu-se o comportamento do sistema real atravs do seu modelo.

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6.1. ANALISE HIDRULICA DO SISTEMA EM BAIXO CONSUMO

Como anteriormente referido, com a finalidade de explorar uma situao limite inferior foi considerado uma reduo de 50 % ao consumo base do sistema. Para tal foi admitido que a padronizao de consumo utilizada na calibrao, representativa do sistema e, dessa forma, aos consumos do dia 11 de Fevereiro de 2008 foi aplicada uma reduo de 50 % da entrega diria em cada ponto de consumo. Numa primeira fase da anlise de resultados efectua-se uma descrio genrica do sistema adutor apresentando-se um conjunto de grficos explicativos do sistema. Na Fig.29 est representada a topografia do terreno ao longo do sistema adutor, verificando-se a evoluo em combinao gravtica e elevatria desde a captao na ETA de Lever at Moldes.

Fig.29 Evoluo topogrfica do sistema

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Uma rede bem desenhada e bem dimensionada tender a ter a sua estrutura base coincidente com os principais caudais a transportar, e ao longo dos caminhos de menor perda de carga. Assim a representao dos dimetros permite identificar uma estrutura base, o esqueleto da rede (Fig.30).

Fig.30 Dimetros das condutas

Tendo j obtido informao passvel de uma anlise da infraestrutura fsica, pode passar-se a executar a simulao que permite ir progressivamente analisando os valores das principais variveis de estado, indicadores de caudal, presso, perda de carga e velocidade de escoamento.

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6.1.1. CAUDAL

A Fig.31 representa o balano de caudal que simula o funcionamento da captao e ETA, que varia consoante as necessidades do sistema, e o caudal consumido para todos os ns ao longo de todos os instantes de tempo (120 horas).

Fig.31 Balano de caudal

No que diz respeito ao caudal consumido, verifica-se um consumo mdio de aproximadamente 900 l/s (78 000 m/dia) observando-se a existncia de comportamentos claramente distintos entre o consumo no perodo nocturno e diurno, reflectindo os padres de consumo aplicados ao modelo. atingido o consumo mximo s 13:30 horas com uma entrega de 1 200 l/s e, por volta das 5 horas da madrugada, solicitado o consumo atinge o ponto mais baixo de 705 l/s. No caudal produzido possvel perceber que a aduo do sistema tem origem numa estao elevatria. Observamos picos de bombagem, que traduzem a elevao em perodos de baixa (custo energtico menor) aproveitando a capacidade de reserva e regularizao dos reservatrios a jusante. Nas horas em alta (custo energtico elevado

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