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MODELAÇÃO DE UM SISTEMA ADUTOR

RICARDO CARVALHO LIMA

Relatório de Projecto submetido para satisfação parcial dos requisitos do grau de

Mestre em Engenharia Civil — Especialização em Hidráulica

Orientador: Professor Doutor Manuel Maria Pacheco Figueiredo

JULHO DE 2008

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2007/2008

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -

2007/2008 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2008.

As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o

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responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo

Autor.

Modelação de um Sistema Adutor

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AGRADECIMENTOS

Quero agradecer a todas as pessoas que tornaram este trabalho possível, que embora, nem todas de uma forma directa não deixaram de ser importantes no equilíbrio e motivação 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 alicerçaram todo este trabalho.

Ao Engenheiro Alexandre Fortunato pelo auxílio e partilha de conhecimento que ajudaram a conduzir toda esta tarefa, de igual modo à Engenheira Raquel pela contribuição fundamental na ajuda da caracterização do sistema.

O meu agradecimento à empresa Águas do Douro e Paiva por aceitar este desafio.

Obrigado à minha Família e Amigos, pelo apoio incondicional não só durante este trabalho, como ao longo da vida.


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RESUMO

O trabalho apresentado teve como objectivo o desenvolvimento de um modelo matemático de simulação hidráulica de um sistema adutor, tornando-se o mesmo um instrumento de apoio à gestão técnica e racional. A sua aplicação é variada, sendo esta ferramenta um auxiliar das actividades de planeamento, de projecto, de operação e manutenção.

Este trabalho aponta fundamentalmente para um instrumento de gestão, onde se concretiza a implementação e calibração de um modelo matemático de simulação hidráulica de uma rede de adução de água existente.

O desenvolvimento de toda a modelação foi realizado no Software EPANET 2, programa desenvolvido pela U.S. Environmental Protection Agency (USEPA). Trata-se de um modelo computacional de simulação de sistemas de transporte e distribuição de água, sendo este um instrumento de planeamento, de projecto e de diagnóstico de funcionamento, não deixando de ser um complemento ao discernimento e experiência dos intervenientes.

A investigação na área de modelação hidráulica, permite a criação de um modelo adaptado à realidade de uma rede já executada e em pleno funcionamento. No caso concreto foi modelada parte do Subsistema – Sector Lever Sul das Águas do Douro e Paiva. Procedeu-se a uma detalhada análise e recolha de dados para caracterização do sistema adutor, introdução de bases de dados com as características hidráulicas, parâmetros de qualidade da água e descrição do funcionamento do sistema de abastecimento.

A análise do sistema adutor perspectiva a optimização do mesmo ao nível do seu desempenho e fiabilidade para os diferentes cenários em estudo. O comportamento da rede, assim como as variações de caudal, pressão, qualidade da água e outros parâmetros, podem ser visualizadas através da utilização do modelo matemático do sistema, durante um intervalo de tempo definido.

É possível prever o comportamento de uma rede hidráulica, para diversas condições operacionais, decorrentes das necessidades futuras e actuais. O modelo desenvolvido constitui um instrumento de avaliação e apoio à tomada de decisão, que permite analisar vários cenários de funcionamento sem interferir directamente no sistema em causa.

Neste projecto desenvolve-se uma ferramenta que poderá trazer múltiplos benefícios em quase todas as áreas da gestão técnica dos sistemas.

PALAVRAS -CHAVE: modelação, sistema adutor, Epanet, abastecimento, hidráulica.


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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 Águas 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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ÍNDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i

RESUMO ................................................................................................................................. iii

ABSTRACT ...............................................................................................................................................v

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................1

1.1. A EMPRESA ......................................................................................................................................2

1.2. MODELAÇÃO NUMÉRICA .................................................................................................................3

1.2.1. MODELOS MATEMÁTICOS DE SIMULAÇÃO HIDRÁULICA ........................................................................3

1.2.2. MODELO ESCOLHIDO ........................................................................................................................5

1.2.3. FASEAMENTO ...................................................................................................................................6

2. CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA ADUTOR ....................................9

2.1. COMPLEXO DE LEVER ...................................................................................................................10

2.2. PROCESSO DE TRATAMENTO ........................................................................................................12

2.3. ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS .............................................................................................................12

2.4. RESERVATÓRIOS ...........................................................................................................................14

2.5. ADUTORAS .....................................................................................................................................15

3. LEVANTAMENTO DE DADOS DE CADASTRO .............................17

4. CONSTRUÇÃO DO MODELO ..........................................................................19

4.1. ADUTORAS .....................................................................................................................................20

4.2. RESERVATÓRIOS ...........................................................................................................................23

4.3. NÓS.................................................................................................................................................25

4.4. ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS .............................................................................................................26

5.5. VÁLVULAS ......................................................................................................................................27


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5. CALIBRAÇÃO – VERIFICAÇÃO ................................................................... 29

5.1. CONSUMOS.................................................................................................................................... 29

5.1.1. PADRONIZAÇÃO HORÁRIA ............................................................................................................... 30

5.2. TEMPO ........................................................................................................................................... 35

5.3. CONTROLOS OPERACIONAIS ....................................................................................................... 35

5.4. ERROS DE ESTADO ....................................................................................................................... 35

5.5. RESULTADOS ................................................................................................................................ 36

6. EXPLORAÇÃO DO SISTEMA .......................................................................... 43

6.1. ANÁLISE HIDRÁULICA DO SISTEMA EM BAIXO CONSUMO ......................................................... 44

6.1.1. CAUDAL......................................................................................................................................... 46

6.1.2. PERDA DE CARGA .......................................................................................................................... 47

6.1.3. PRESSÃO....................................................................................................................................... 48

6.2. ANÁLISE HIDRÁULICA DO SISTEMA EM ALTO CONSUMO........................................................... 49

6.2.1. CAUDAL......................................................................................................................................... 52

6.2.2. PERDA DE CARGA .......................................................................................................................... 59

6.2.3. PRESSÃO....................................................................................................................................... 60

6.2.4. VELOCIDADE DE ESCOAMENTO ....................................................................................................... 64

7. QUALIDADE ...................................................................................................................... 67

7.1. TEMPO DE PERCURSO .................................................................................................................. 67

7.1.1. ALTO CONSUMO............................................................................................................................. 68

7.1.2. BAIXO CONSUMO ........................................................................................................................... 69

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

8. CONCLUSÃO ................................................................................................................... 75

BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................................... 79

ANEXO A – DADOS DE CADASTRO .................................................................................................... 83

ANEXO B – CONTROLOS PERACIONAIS ............................................................................................. 89


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ÍNDICE DE FIGURAS

Fig.1 – Logótipo da empresa .......................................................................................................................2

Fig.2 – Mapa do Sistema ............................................................................................................................2

Fig.3 – Interface do modelo matemático EPANET2 .......................................................................................6

Fig.4 – Mapa da rede adutora AdDP modelada .............................................................................................9

Fig.5 – Complexo de Lever .......................................................................................................................10

Fig.6 – Planta de implantação do complexo de Lever ..................................................................................11

Fig.7 – Planta da câmara de manobras de Escariz (Estação Elevatória de Escariz, AdDP) .............................13

Fig.8 – Planta do reservatório de Ramil (AdDP) ..........................................................................................15

Fig.9 – Traçado da rede adutora em EPANET ............................................................................................21

Fig.10 – Válvulas de retenção a montante e a jusante do reservatório ..........................................................21

Fig.11 – Identificação de um pequeno trecho da adutora Provizende – Moldes ..............................................22

Fig.12 – RNF da ETA de Lever e grupos electrobomba da estação elevatória ...............................................24

Fig.13 – Reservatório de nível variável.......................................................................................................24

Fig.14 – Identificação dos pontos de entrega ..............................................................................................25

Fig.15 – Curva característica da bomba de São Vicente de Louredo.............................................................26

Fig.16 – Identificação dos grupos electrobomba da ETA de Lever ................................................................27

Fig.17 – Identificação das válvulas existentes em Ramil - Argoncilhe ............................................................28

Fig.18 – Gráfico da distribuição horária de consumo ...................................................................................31

Fig.19 – Gráfico de comparação do nível em Provizende.............................................................................37

Fig.20 – Gráfico de comparação do nível em Escariz ..................................................................................38

Fig.21 – Gráfico de comparação do nível em Abelheira ...............................................................................38

Fig.22 – Gráfico de comparação do nível em São Vicente de Louredo ..........................................................39

Fig.23 – Gráfico de comparação do nível em Mozelos .................................................................................39

Fig.24 – Gráfico de comparação do nível em Ramil - Argoncilhe ..................................................................40

Fig.25 – Gráfico de comparação do nível em Alto Marquinho .......................................................................40

Fig.26 – Gráfico de comparação do nível em Seixo - Alvo............................................................................41

Fig.27 – Gráfico de comparação do nível em Lagoa ....................................................................................41

Fig.28 – Simulação de calibração bem sucedida (interface EPANET) ...........................................................42

Fig.29 – Evolução topográfica do sistema ..................................................................................................44

Fig.30 – Diâmetros das condutas ..............................................................................................................45

Fig.31 – Balanço de caudal.......................................................................................................................46


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Fig.32 – Perda de carga unitária nas condutas........................................................................................... 47

Fig.33 – Representação gráfica da distribuição espacial de pressões........................................................... 48

Fig.34 – Distribuição de pressões na rede ................................................................................................. 49

Fig.35 – Evolução do nível da água no reservatório de Seixo Alvo ............................................................... 53

Fig.36 – Evolução do nível da água no reservatório de Seixo Alvo (correcção).............................................. 54

Fig.37 – Funcionamento dos grupos electrobomba de Lever e Lagoa no abastecimento a Seixo Alvo............. 54

Fig.38 – Evolução do nível da água no reservatório de São Vicente de Louredo ........................................... 55

Fig.39 – Evolução do nível da água no reservatório de São Vicente de Louredo (correcção) .......................... 56

Fig.40 – Balanço de caudal no sistema ..................................................................................................... 56

Fig.41 – Funcionamento dos grupos electrobomba de Escariz e São Vicente de Louredo .............................. 57

Fig.42 – Evolução do nível da água no reservatório de Abelheira................................................................. 58

Fig.43 – Perda de carga unitária nas condutas........................................................................................... 59

Fig.44 – Distribuição espacial de pressões ................................................................................................ 61

Fig.45 – Distribuição das pressões na rede................................................................................................ 61

Fig.46 – Linha piezométrica entre Abelheira e Escariz ................................................................................ 62

Fig.47 – Linha piezométrica entre Abelheira e Escariz (2) ........................................................................... 63

Fig.48 – Velocidade de escoamento no sistema ......................................................................................... 65

Fig.49 – Gráfico de isolinhas relativo aos tempos de percurso da água ........................................................ 68

Fig.50 – Tempos de percurso da água até aos diversos reservatórios (baixo consumo) ................................. 69

Fig.51 – Tempos de percurso da água até aos diversos reservatórios (baixo consumo1) ............................... 70

Fig.52 – Evolução temporal da concentração de cloro residual na rede ........................................................ 72


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ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 1 – Características da estação elevatória de Lever .........................................................................12

Quadro 2 – Características das estações elevatórias de percurso ................................................................13

Quadro 3 – Características dos reservatórios .............................................................................................14

Quadro 4 – Características das adutoras ...................................................................................................16

Quadro 5 – Informação necessária para construção do modelo ...................................................................18

Quadro 6 – Grandezas a considerar na simulação......................................................................................20

Quadro 7 – Exemplo código das adutoras..................................................................................................22

Quadro 8 – Exemplo código das caixas de visita ........................................................................................22

Quadro 9 – Código das adutoras ..............................................................................................................23

Quadro 10 – Exemplo código das caixas de visita ......................................................................................25

Quadro 11 – Exemplo código das válvulas...............................................................................................17

Quadro 12 – Dados do ponto de entrega de Vila Maior ...............................................................................30

Quadro 13 – Factorização do consumo de todos os pontos de entrega ........................................................31

Quadro 14 – Consumos para simulação de alto consumo ...........................................................................50

Quadro 15 – Consumo do dia médio do mês de maior consumo..................................................................51

Quadro 16 – Padrão de consumo do novo ponto de entrega .......................................................................52

Quadro 17 – Correcção do consumo de entrega em Rasa-Gaia e Portela ....................................................53

Quadro 18 – Máximos de perda de carga identificados na rede ...................................................................60

Quadro 19 – Pressão à chegada aos reservatórios.....................................................................................64

Quadro 20 – Concentrações de cloro residual livre no sistema adutor a montante dos reservatórios ...............73

Quadro 21 – Concentrações de cloro residual livre no sistema adutor a montante dos reservatórios (corr) ......74


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SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

CAD – Desenho auxiliado por computador

EG – Entidade gestora de um sistema de abastecimento de água

SIG – Sistemas de informação geográfica

LIMS – Sistema de gestão da informação laboratorial

SPA – Simulação em período alargado

ZMC – Zona de mediação e controlo

RNF – Reservatório de nível fixo

RNV – Reservatório de nível variável

PSV – Válvula de alivio

TCV – Válvula de borboleta

CV – Válvula de Retenção

PRV – Válvula redutora de Pressão

FCV – Válvula redutora de Caudal

FFD – Ferro fundido dúctil

ETA – Estação de tratamento de Agua

EE – Estação elevatória

CCB – Curva característica da bomba

CCI – Curva característica de instalação

AdDP – Águas do Douro e Paiva

SGI – Sistemas de gestão integrada

0000PE000 – Código localização – Ponto de entrega (numero zero apenas como exemplo)

0000TA000 – Código localização – Adutoras (numero zero apenas como exemplo)

0000CV000 – Código localização – Caixas de visita (numero zero apenas como exemplo)

PC – Padrão de consumo

Qmd – Caudal médio diário

Qmda – Caudal médio diário anual

Qmmc – Caudal do mês de maior consumo

MIEC – Mestrado Integrado em Engenharia Civil


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INTRODUÇÃO

Com desenvolvimento de um modelo matemático de simulação hidráulica de um sistema adutor construiu-se um instrumento de projecto, avaliação e diagnóstico, quer de características hidráulicas, quer de parâmetros de qualidade da água.

Para além dos benefícios directos associados à análise dos sistemas e ao suporte à decisão em problemas de engenharia, a experiência tem demonstrado que o correcto desenvolvimento e utilização de modelos potenciam melhorias na qualidade geral da informação disponível sobre os sistemas no conhecimento da infraestrutura e na articulação dos diversos sectores técnicos da entidade gestora.

O trabalho que a seguir se apresenta descreve os principais aspectos referentes à modelação matemática de uma parte do Subsistema Adutor – Sector Lever Sul das Águas do Douro e Paiva.

É efectuada uma referência ás principais características do sistema adutor analisado e uma descrição da metodologia de implementação de um modelo de simulação hidráulica recorrendo-se ao programa EPANET 2, que constituiu o modelo de simulação base.

O desenvolvimento deste projecto permitiu visualizar o comportamento da rede adutora com as suas variações de caudal, pressão, qualidade da água, velocidade de escoamento, perda de carga e outros parâmetros.

Sendo possível prever o comportamento de uma rede hidráulica, para as diversas condições operacionais, decorrentes das necessidades futuras e actuais, o modelo desenvolvido constitui um instrumento de avaliação e apoio à tomada de decisão sem que esta seja feita através da intervenção directa no sistema.

Este trabalho não deixa também de contribuir para que as modernas ferramentas computacionais de modelação passem a pertencer ao quotidiano dos profissionais ligados ao abastecimento de água.


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1.1. A EMPRESA

O presente estudo é o resultado da colaboração entre a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e a empresa Águas do Douro e Paiva. Esta parceria permitiu assim concretizar em modelo matemático parte do sistema adutor de abastecimento de água desta ultima entidade.

Fig.1 – Logótipo da empresa

Com o intuito de gerir os recursos hídricos da segunda maior concentração urbana do país foi constituída, em Maio de 1995, a Águas do Douro e Paiva (AdDP).

A AdDP tem a missão de conceber, construir e gerir o sistema de captação, tratamento e abastecimento, garantindo o fornecimento de água potável à população na quantidade necessária, respeitando os valores ambientais e promovendo o seu desenvolvimento sócio-económico

O sistema multimunicipal de abastecimento de água está 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 é abastecido por 3 captações: a captação superficial com capacidade de 400 000 m³/dia e as captações em profundidade de Lever Montante e Lever Jusante. Estas captações situam-se no rio Douro na albufeira de Crestuma e alimentam uma rede de 210 km de condutas. Este subsistema está dividido em 2 sectores – Lever Norte e Lever Sul – que se estendem respectivamente a Norte e a Sul do Rio Douro.

A água tratada na estação de tratamento de água (ETA de Lever) sai para o reservatório e elevatória de Jovim a norte e para o reservatório e elevatória de Seixo Alvo a sul, existe ainda uma duplicação do sistema que vai para o reservatório e elevatória de Lagoa que fornece água tanto para sul para o reservatório e elevatória de Seixo Alvo como para norte para o reservatório e elevatória de Jovim. Destes reservatórios principais a água passa por uma rede de condutas, reservatórios e estações elevatórias para abastecer 13 municípios correspondendo a mais de 1.4 milhões de habitantes, 85% da população abastecida pela empresa.

O subsistema Vale do Sousa, está dividido em três subsistemas – Vale do Sousa Paiva, Vale do Sousa Norte e Vale do Sousa Entre-os-Rios, com quatro origens de água. Da captação no Rio Paiva – Captação de Ponte da Bateira, a água vai para a ETA de Castelo de Paiva onde é tratada antes de ser distribuída, através das condutas do sector Paiva e Entre-os-Rios. Existem ainda mais 3 captações, uma no Rio Ferreira, onde a água é tratada na ETA do Ferreira e as outras duas nos Rio Ferro e Vizela e cuja água é tratada na ETA do Ferro.

Inicialmente, o sistema abrangia os municípios de Arouca, Castelo de Paiva, Cinfães, Espinho, Gondomar, Maia, Matosinhos, Oliveira de Azeméis, Ovar, Porto, São João da Madeira, Santa Maria da Feira, Valongo e Vila Nova de Gaia. Em 1998, e por decisão do Ministério do Ambiente, o espaço de concessão da AdDP foi alargado à região do Vale do Sousa, passando igualmente a integrar o sistema os municípios de Felgueiras, Lousada, Paços de Ferreira e Paredes. Os 18 municípios referidos são, simultaneamente, accionistas e únicos clientes da empresa (AdDP, 2007).

1.2. MODELAÇÃO NUMÉRICA

1.2.1. MODELOS MATEMÁTICOS DE SIMULAÇÃO HIDRÁULICA

Os modelos computacionais de simulação hidráulica de sistemas de abastecimento são ferramentas que tem como objectivo reproduzir, através de um modelo matemático e com a maior exactidão possível, o comportamento real do sistema físico que representam. A este modelo é associado um método numérico de solução e então transformados numa sequência ordenada de comandos.

Segundo Coelho (2006), os modelos podem ser utilizados em diversas situações onde seja necessário efectuar simulações de sistemas de abastecimento. O estabelecimento de cenários de projecto (p. ex., expansão de uma rede existente), a calibração de modelos hidráulicos, a análise do decaimento do cloro residual e a avaliação dos consumos constituem alguns exemplos.

De qualquer modo a concretização de um modelo não passa simplesmente pela existência de um programa computacional que resolve um conjunto de equações previamente implementadas, um modelo implica também um conjunto de características que realizam o sistema em questão.


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As ferramentas computacionais bem codificadas representam uma mais valia na obtenção de resultados satisfatórios, mas esta não é suficiente nem independente da intervenção do utilizador, da sua experiência, discernimento e elevada exigência de qualidade na recolha e introdução de dados.

A formulação e resolução computacional das equações básicas constituem como que as fundações dos modelos, mas os ficheiros de dados correctos e bem organizados, constituem os pilares da fiabilidade dos resultados (Alegre H., 1997).

Actualmente, os computadores dispõem de vastas possibilidades e os programas de análise de redes tornaram-se mais abrangentes, mais flexíveis e mais fáceis de utilizar. Existem vários modelos com capacidade para satisfazer as necessidades dos utilizadores, mas também existem muitos factores a ponderar no processo de selecção.

A estratégia a utilizar consiste na comparação das características dos modelos disponíveis baseada na informação disponibilizada pelos fornecedores e na experiência de outros utilizadores. A selecção de um programa para simulação de um sistema de abastecimento de água deve ter em conta, prioritariamente, o fim a que se destina e o que determina o tipo de análise a efectuar, nomeadamente uma simulação estática, dinâmica ou de qualidade.

De acordo com Dias (2003), devem ser analisados paralelamente os seguintes aspectos:

� O custo;

� A facilidade de utilização;

� A operacionalidade e flexibilidade do programa;

� A robustez do modelo;

� A velocidade de processamento;

� As componentes representadas;

� A interface com o utilizador;

� As características do modelo de qualidade;

� A integração com bases de dados de CAD, SIG e SCADA;

� O apoio técnico e a documentação.

Actualmente existem vários programas computacionais que permitem a determinação de parâmetros ligados à quantidade ou à qualidade da água. Todavia é uma área que permanece em constante desenvolvimento em que novos programas continuarão a aparecer no futuro. Entre os vários modelos aplicáveis a sistemas de abastecimento os mais utilizados são os seguintes:

� WATERCAD

� PICCOLO

� SINERGEE

� WATNET

� H2ONET

� PERFORMANCE Q

� EPANET


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1.2.2. MODELO ESCOLHIDO

O modelo de simulação hidráulica escolhido para a execução no presente estudo foi o EPANET, desenvolvido pela USEPA – United States Environmental Protection Agency (Rossman, 2000). O EPANET contém um conjunto de ferramentas de cálculo para apoio à simulação, de que se destacam como principais características (Rossman, 2000):

� Dimensão (número de componentes) da rede a analisar ilimitada;

� Cálculo da perda de carga utilizando as fórmulas de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach ou Chezy-Manning;

� Consideração das perdas de carga singulares em curvas, alargamentos, estreitamentos, etc;

� Modelação de bombas de velocidade constante ou variável;

� Cálculo da energia de bombagem e do respectivo custo;

� Modelação dos principais tipos de válvulas, incluindo válvulas de seccionamento, de retenção, reguladoras de pressão e de caudal;

� Modelação de reservatórios de armazenamento de nível variável de formas diversas através de curvas de volume em função da altura de água;

� Múltiplas categorias de consumo nos nós, cada uma com um padrão próprio de variação no tempo;

� Possibilidade de basear as condições de operação do sistema em controlos simples, dependentes de uma só condição, ou em controlos com condições múltiplas;

� Modelação do transporte de um constituinte não reactivo através da rede ao longo do tempo;

� Modelação do transporte, mistura e transformação de um constituinte reactivo à medida que este sofre decaimento ou crescimento com o tempo;

� Calculo da percentagem de caudal que, com origem em determinado nó, atinge qualquer outro nó ao longo do tempo;

� Definições de limite para a transferência de massa na modelação de reacções na parede;

� Modelação do tempo de percurso da água através da rede;

� Modelação de reacções de decaimento do cloro no seio do escoamento em tubagens e reservatórios;

� Definição da variação temporal da concentração ou da entrada de massa em qualquer ponto da rede.

Tirando partido destas possibilidades o EPANET pode efectuar os seguintes tipos de análise (Rossman 2000):

� Mistura de água a partir de diversas origens;

� Determinação do tempo de percurso da água através de um sistema;

� Determinação da perda de cloro residual;


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� Determinação do crescimento de subproductos da desinfecção;

� Rastreio da propagação de contaminantes ao longo da rede.

Para além deste vasto leque de capacidades de modelação, as principais razões que implicaram esta selecção foram as seguintes:

� Programa adequado às necessidades actuais de simulação;

� Utilização livre e gratuita, não havendo qualquer restrição ao seu uso;

� Possibilidade de simulação da qualidade da água na rede;

� Utilização universal, existindo fóruns de discussão sobre a matéria;

� Integração com ferramentas CAD nomeadamente a aplicação AUTOCAD.

Fig.3 – Interface do modelo matemático EPANET2

1.2.3. FASEAMENTO

A qualidade de aproveitamento do esforço e recursos investidos, depende da forma como abordamos toda a modelação. A organização, a sistematização e o planeamento estruturado do modelo é a garantia do melhor aproveitamento possível de todo o trabalho desenvolvido. De lembrar que o trabalho que se segue concretiza a modelação de um sistema adutor já existente, completamente construído e em pleno funcionamento. A calibração é executada com dados e registos reais; a parametrização física obtida no modelo é 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 – Construção do modelo – Descrição física do sistema;

Fase C – Construção do modelo – Consumos;

Fase D – Construção do modelo – Controlo operacional;

Fase E – Implementação da solução base;

Fase F – Calibração do modelo;

Fase G – Exploração do modelo e planeamento da gestão futura.

Fase A – Planeamento do modelo:

� Definição do sistema a estudar, âmbito e objectivos do modelo;

� Levantamento preliminar de dados de cadastro e projectos;

� Definição da estrutura/codificação dos dados a modelar;

� Definição de opções/configurações da modelação.

Fase B – Construção do modelo – descrição da infraestrutura:

� Introdução dos dados de localização das infraestruturas e respectivas características – cadastro das redes, de reservatórios, das estações elevatórias e de válvulas;

� Organização dos respectivos elementos segundo a estrutura definida.

Fase C – Construção do modelo – descrição de consumos e caudais:

� Recolha e formatação de dados de medição de caudais;

� Análise estatística de dados de caudal, produção de padrões de consumo e tipificação de cenários;

� Recolha de elementos relativos à distribuição espacial de consumos na rede;

� Estimativa e afectação de consumos nos nós na rede;

� Processamento dos dados para carregamento no modelo.


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Fase D – Construção do modelo – controlo operacional:

� Análise das regras de operação do sistema, nomeadamente níveis de operação de reservatórios, regulações de válvulas, bombas e entregas de caudal;

� Refinamento e tipificação de cenários;

� Processamento dos dados para carregamento no modelo.

Fase E – Implementação da solução – base :

� Compilação dos ficheiros completos correspondentes aos cenários modelados;

� Eliminação dos erros detectáveis e afinação de opções de modelação;

� Exploração das capacidades de simulação oferecidas e ganho de sensibilidade ao modelo.

Fase F – Verificação do modelo:

� Identificação das anomalias de funcionamento do modelo;

� Análise de falhas e correcção através de um processo iterativo;

� Verificação da conformidade dos resultados obtidos com os dados de projecto.

Fase G – Exploração do modelo e planeamento da gestão futura:

� Definição das potencialidades do modelo para apoio ao projecto e planeamento;

� Análise hidráulica e avaliação do desempenho técnico;

� Análise de qualidade da água;

� Planeamento do desenvolvimento continuado do modelo.


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2

CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA ADUTOR

No sentido de compreender e conhecer melhor o comportamento da rede e o seu controlo operacional, apresenta-se uma descrição detalhada dos diversos elementos do sistema, nomeadamente no que se refere às infraestruturas que constituem o modelo a desenvolver.

O presente projecto é desenvolvido com a colaboração das Águas do Douro e Paiva. A Empresa colocou à disposição as suas instalações e informação de forma a possibilitar a modelação do seu sistema adutor. Devido à grande extensão da rede de abastecimento, o presente estudo concentra-se numa parte do Subsistema Adutor – Sector Lever Sul das Águas do Douro e Paiva, nomeadamente desde a ETA de Lever até Moldes, incluindo as derivações 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 emblemática infraestrutura da AdDP, com uma capacidade instalada para produzir diariamente 400 000 m³ de água. Reforçada em 2004 com uma unidade de pré-tratamento que, utilizando um processo de filtragem em meio granular, remove a turvação excessiva da água captada no Rio Douro em períodos marcados por condições climatéricas especialmente adversas. Esta unidade conferiu à ETA de Lever capacidade para tratar água superficial para consumo público com turvação superior a 200 NTU (unidade nefelométrica de turvação). Refira-se, a propósito, que o valor deste parâmetro no ponto de entrega aos municípios é aproximadamente de 0.25 NTU, cerca de mil vezes menos.

Fig.5 – Complexo de Lever

Complexo de Lever é responsável pelo abastecimento de água a mais de 1,4 milhões de habitantes de 13 municípios, o que corresponde a aproximadamente 85% da população 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 captação de água superficial;

� Um reservatório de água bruta;

� Um reservatório de água tratada;

� Uma unidade de pré-tratamento;

� Uma estação de tratamento de água (ETA);

� Uma unidade de tratamento de lamas;

� Duas subestações eléctricas;

� Três poços de captação em profundidade;

� Duas estações elevatórias.


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Fig.6 – Planta de implantação do complexo de Lever


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2.2. PROCESSO DE TRATAMENTO

A captação é efectuada na albufeira de Crestuma-Lever por grupos de elevação submersíveis e encaminhada para um reservatório de água bruta. A água da captação recebe um tratamento inicial de filtração pressurizada (sem adição de produtos químicos), passando no sentido descendente por filtros "multicamada" compostos por uma camada de antracite e por várias camadas de areia de diferente granulometria. Nesta fase é conseguida uma forte redução da sua turvação (cerca de 95%).

Após o pré-tratamento a água é pré-oxidada, seguindo-se a floclulação, doseamento de carvão activado em pó (para remover eventuais pesticidas e melhorar as características organolépticas da água), flotolação e filtração. Por fim é efectuada uma desinfecção final com cloro, de modo a garantir a qualidade bacteriológica da água produzida, quer à saída da estação, quer ao longo de toda a rede de distribuição.

A água tratada é armazenada num reservatório com capacidade para 30 000 m³, sendo depois elevada para os reservatórios de Jovim, Lagoa e Seixo Alvo.

2.3. ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS

O sistema adutor em estudo é munido de 5 estações elevatórias, que se desmultiplicam em vários grupos, isto é, no interior de cada câmara de manobras, podem existir diferentes grupos de elevação.

As estações elevatórias que integram o subsistema Lever Sul podem ser referenciadas em dois tipos fundamentais: a estação elevatória da ETA de Lever e as estações elevatórias de percurso.

A estação elevatória associada à ETA, pela sua importância estratégica para o funcionamento global do sistema e pela sua dimensão, justifica um tratamento individualizado e mais pormenorizado. Possui uma capacidade de 5000 l/s, distribuída por 9 grupos elevatórios: 3 grupos para Seixo Alvo, 2 grupos para Lagoa e 4 grupos para Jovim.

Na tabela seguinte apresenta-se um resumo das características dos grupos:

Quadro 1 – Características da estação elevatória de Lever

Bomba ESTAÇÃO ELEVATÓRIA

LEVER Nº Bombas Altura Manométrica

(mca)

Caudal (m³/h)

Cota Eixo (m)

Lever – Jovim 4 125 3900 21

Lever – Lagoa 2 136 3900 21

Lever – Seixo-Alvo 3 205 1044 21


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Por outro lado temos as estações elevatórias de “percurso”, de menor importância e dimensão. Aqui encontram-se os grupos elevatórios de Lagoa, Seixo Alvo, São Vicente de Louredo e Escariz.

A estação elevatória de Lagoa é constituída por 2 grupos electrobomba de eixo vertical que procede à elevação da água para o reservatório de Seixo Alvo. Em Seixo Alvo existe uma estação elevatória com 3 grupos electrobomba que faz a bombagem para Alto Marquinho. Do Reservatório de Alto Marquinho a São Vicente de Louredo é bombada a água para Guizande e para o reservatório de Abelheira. Esta estação elevatória integra um grupo electrobomba de elevação da água para um pequeno reservatório em Guizande e 2 grupos de elevação para Abelheira. Finalmente, a estação elevatória de Escariz integra na sua câmara de manobras 2 grupos electrobomba de eixo vertical que procede à elevação para o reservatório em Provizende. Na adutora de abastecimento ao reservatório associado a esta estação elevatória, na entrada da câmara de manobras, foi instalado um pequeno grupo elevatório que abastece um pequeno reservatório em Rossio.

As características dos grupos de bombagem de percurso encontram-se no quadro seguinte.

Quadro 2 – Características das estações elevatórias de percurso

Bomba

ESTAÇÃO ELEVATÓRIA Nº Bombas Altura Manométrica

(mca)

Caudal (m³/h)

Cota Eixo (m)

Lagoa - Seixo-Alvo 2 70.0 1224.0 147.1

Seixo-Alvo - Alto Marquinho 3 57.0 1062.0 205.6

S.Vic. Louredo - Guizande 2 385.0 248.0 206.8

S.Vic. Louredo - Abelheira 2 106.3 159.2 206.8

Escariz - Provizende 2 174.0 180.0 545.2

Escariz - Rossio 1 100.0 36.0 540.0

A figura seguinte mostra um desenho de tela final de uma estação elevatória, com o respectivo equipamento hidráulico.

Fig.7 – Planta da câmara de manobras de Escariz (Estação Elevatória de Escariz, AdDP)


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2.4. RESERVATÓRIOS

Do sistema em análise fazem parte 12 reservatórios que possuem diversas funções. Existem reservatórios de regularização de transporte ou da adução, regularização de distribuição e reservatórios de regularização mista, que em simultâneo realizam adução e distribuição.

Normalmente os reservatórios são constituídos por duas células de igual dimensão, excepto os casos em que estes apenas têm funções de distribuição possuindo assim apenas uma única célula. A entrada de água far-se-á sempre por cima e a saída por baixo, sendo a altura dos reservatórios variável.

No Quadro 3 apresentam-se uma lista dos reservatórios que entraram no estudo e as suas principais características.

Quadro 3 – Características dos reservatórios

Cota RESERVATÓRIO Nº Células Cap. Total

(m³) Base Pleno

Reservatório de Água Tratada (Lever) 2 30 000 22.0 26.3

Reservatório de Lagoa 2 35 000 147.0 153.0

Reservatório de Seixo-Alvo 2 6 000 214.0 220.6

Reservatório de Mozelos 2 4 000 200.0 204.5

Reservatório de S.Vic.Louredo 2 2 000 207.0 210.8

Reservatório de Escariz 2 200 545.0 547.4

Reservatório de Alto Marquinho 2 6 000 257.6 265.4

Reservatório da Abelheira 2 2 000 563.0 566.8

Reservatório de Provizende 2 400 705.0 708.3

Reservatório de Ramil - Argoncilhe 2 5 000 245.0 250.2

Reservatório de Guizande 1 50 300.0 303.0

Reservatório do Rossio 1 100 30.0 32.0

Para além das tubagens e acessórios usuais, será sempre considerada à entrada de cada reservatório uma válvula de seccionamento e uma ou duas válvulas de controlo altimétrico conforme o número de células existentes.

Do conjunto de válvulas a instalar nos reservatórios, destaca-se para efeitos de modelação a válvula de controlo altimétrico ou de alívio. Este tipo de válvula destina-se a manter um determinado valor da pressão a montante da secção onde está montada e é frequentemente utilizado como artifício para modelar a entrada de água por cima num RNV. Esta é regulada de modo a manter um valor mínimo de pressão a montante do RNV, igual à altura de entrada da água.

Na Fig.8 apresenta-se um desenho de tela final de um reservatório, com a respectiva câmara de manobras.


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Fig.8 – Planta do reservatório de Ramil (AdDP)

2.5. ADUTORAS

O sistema de adutor estudado possui cerca de 100 km de condutas adutoras, onde 45 km são em regime de escoamento elevatório e outros 55 km em regime gravítico.

A adução desde a Lever até Alto Marquinho é feita com recurso a bombagem, através de condutas de elevado diâmetro. O resto da rede é alimentada graviticamente, com excepção da adutora S. Vicente-Guizande, S. Vicente – Abelheira e Escariz – Moldes, onde existem grupos elevatórios de pequena dimensão.

No que diz respeito aos materiais, quase toda a rede está executada em ferro fundido dúctil (FFD), à excepção das adutoras Provizende – Moldes e Lever – Lagoa – Seixo Alvo, que foram construídas em aço devido às altas pressões nelas existentes. A adutora Tourão – Vergada está executada em fibra de vidro. No entanto devido às consequentes roturas da mesma, foi parcialmente desactivada e substituída por uma conduta de FFD em percurso alternativo, isto é, foi executado uma espécie de “by-pass” à adutora de fibra de vidro. Um pequeno trecho que eleva a água de Escariz para o Rossio foi executado em PEAD, por ser de pequena dimensão e com baixas pressões.

Os diâmetros das condutas são os mais variados, mudando consoante as necessidades de abastecimento e conforme a sua localização em relação ao sistema adutor. No sistema estudado os diâmetros estão compreendidos entre o DN125 e DN1000. As curvas, válvulas e os vários acessórios do sistema adutor são em FFD, independente do material da conduta, seja ele aço ou PEAD. Os equipamentos a instalar, nomeadamente, as válvulas de seccionamento, as ventosas e o equipamento de cada descarga de fundo, são em FFD. No interior das câmaras de instalação dos equipamentos, a ligação entre tubagens, acessórios e equipamentos instalados em FFD é feita, de uma forma geral, através de flanges.

No Quadro 4 apresentamos um resumo de todas as adutoras que fazem parte do sistema Sul da AdDP.

DISTRIBUIÇÃO Ø800

ADUÇÃO Ø800


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Quadro 4 – Características das adutoras

LEVER SUL

Desigação do Subsector DN (mm) PNmáx (bar) Comprimento (m) Material Regime de

Escoamento

Adutora Lever-Lagoa 1800 16 3396.9 Aço Elevatório

Adutora Lever-Seixo Alvo I 900 25 4559.6 FFD Elevatório

Adutora Lever-Seixo Alvo I 700 25 94.0 FFD Elevatório

Adutora Lagoa-Seixo Alvo I 700 10 1131.1 Aço Elevatório

Adutora Seixo Alvo I-Alto Marquinho 800 10 1103.6 FFD Elevatório

Adutora Alto Marquinho-Tourão 1000 10 42.0 FFD Gravítico

Adutora Alto Marquinho-Tourão 800 10 1061.0 FFD Gravítico

Adutora Tourão-S.Vic.Louredo 350 25 2571.0 FFD Gravítico

Adutora Tourão-S.Vic.Louredo 300 25 8672.0 FFD Gravítico

Adutora S.Vic.Louredo-Abelheira 300 40 11162.0 FFD Elevatório

Adutora Tourão-Vergada 800 25 6718.3 FFD Gravítico




Adutora Tourão-Vergada 1000 25 2440.0 PRVD Gravítico

Adutora Vergada-Granja 800 16 6560.0 FFD Gravítico

Adutora Vergada-Granja 600 16 152.0 FFD Gravítico

Adutora Vergada-Mozelos 500 16 3600.0 FFD Gravítico/Elevatório

Adutora Mozelos-Portela 500 16 1650.0 FFD Gravítico/Elevatório

Adutora Vila Seca-Guizante 150 16 1516.0 FFD Elevatório

Adutora Cedofeita-Vale 150 16 1024.0 FFD Elevatório

Adutora Abelheira-Escariz 350 s/ inf. 4478.9 FFD Gravítico

Adutora Escariz-Provizende 250 s/ inf. 6787.0 FFD Elevatório

Adutora Provizende-Moldes 250 s/ inf. 5605.0 Aço Gravítico




Adutora Seixo Alvo - Portela II 600 10 573.0 FFD Gravítico

Adutora Escariz - Rossio 125 s/ inf. 810.0 PEAD Gravítico


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LEVANTAMENTO DE DADOS DE CADASTRO

Praticamente todo o cadastro do sistema adutor da empresa AdDP está inserido em ambiente SIG. Esta ferramenta informática tem um papel fundamental. Organiza a informação de todas as infraestruturas, proporcionando aos colaboradores um conhecimento profundo de toda a rede – é possível 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 é obtida a partir das telas finais e plantas de cadastro. Estes desenhos, em regra, têm informação sobre; os traçados, diâmetros e o material das tubagens, a localização dos reservatórios, das estações elevatórias, das sobrepressoras e a localização e identificação dos diversos acessórios que influenciam o funcionamento do sistema como válvulas, ventosas, medidores de caudal, etc.

Através da interacção entre as ferramentas SIG-CAD-EPANET foi possível de modo quase imediato a colocação em EPANET do traçado da rede pretendida. Os desenhos de telas finais da AdDP encontram-se em formato AutoCad. O EPANET tem uma aplicação que permite transformar ficheiros Cad (*DWF) em ficheiros EPANET (*INP). Esta transformação é rápida e permitiu criar de imediato o traçado das condutas e nós representativos das caixas de visita.

A caracterização física da rede estava incompleta e foi necessário introduzir directamente a informação em falta no interface do EPANET, no entanto, a disponibilidade destas ferramentas representam um considerável avanço no desenvolvimento da construção do modelo.

Nos modelos hidráulicos nem sempre é necessário incluir a totalidade da informação 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 informação estritamente necessária para a construção do modelo.

Toda a informação foi retirada da base de dados da AdDP. A título exemplificativo apresenta-se, no anexo A, alguma informação recolhida.

No quadro seguinte define-se a informação e registos necessário para a construção do modelo.


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Quadro 5 – Informação necessária para construção do modelo

ELEMENTOS INFORMAÇÃO

Coordenadas

Dimensões

Cotas

Níveis de funcionamento

Registo de níveis

Reservatórios

Traçado da câmara de manobras

Coordenadas

Cotas Caixas de visita

Derivações

Comprimento

Diâmetro

Cotas

Coordenadas dos nós de ligação

Adutoras

Material

Numero de grupos electrobomba

Cota do eixo vertical

Curva característica da bomba

Localização

Estações Elevatórias

Controlos de funcionamento

Localização

Tipo

Cotas

Diâmetro

Válvulas

Controlo

Registos de caudais nos pontos de entrega

Registos dos caudais nas leituras internas

Registos de concentrações de cloro


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CONSTRUÇÃO DO MODELO

O modelo construído tem como finalidade reproduzir com a maior fidelidade os parâmetros hidráulicos e físicos do sistema de adução Sul das Águas do Douro e Paiva. Neste ponto, e após recolha da informação, é necessário mais uma vez filtrar a informação essencial para introduzir no programa de simulação.

A exigência pretendida justifica-se na medida em que os modelos para sistemas de adução carecem de um elevado grau de detalhe no que se refere às regras operacionais, funcionamento dos grupos electrobomba, configurações dos reservatórios e restantes equipamentos. Assim a elaboração do modelo requer o maior cuidado e atenção por parte dos intervenientes. Da sua rigorosa construção vai depender o sucesso ou fracasso de toda a modelação, assegurando o correcto funcionamento do sistema e a veracidade da informação fornecida pelo modelo. Este é o caminho que levará à construção da ferramenta de gestão exigida.

A nomenclatura relativa aos elementos físicos da rede foi analisada de forma a conjugar a nomenclatura já 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-capítulos seguintes é 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 opções necessárias do software, nomeadamente no que se refere a unidades das principais grandezas consideradas na modelação que são fundamentais para o carregamento dos dados descritivos do modelo e para a expressão dos seus resultados.

De forma a facilitar o trabalho de gestão dos dados foram consideradas as grandezas que o programa de simulação EPANET2 utiliza. O Quadro 6 apresenta as unidades das principais grandezas utilizadas neste estudo.


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Quadro 6 – Grandezas a considerar na simulação (Rossman 2000)

Parâmetros Unidades

Concentração mg/l

Consumo l/s

Rugosidade equivalente mm

Diâmetro (condutas) mm

Diâmetro (reservatórios) m

Eficiência %

Cota m

Energia kWh

Caudal l/s

Factor de Resistência Adimensional

Carga Hidráulica m

Comprimento m

Potência kW

Pressão m

Coeficiente de perda de carga m/Km

Velocidade m/s

Volume m³

Idade da água hora

4.1. ADUTORAS

Num primeiro passo, as condutas adutoras provenientes de desenhos no formato de AutoCAD com a configuração real do sistema adutor foram introduzidas em ambiente EPANET, o que possibilitou de forma imediata obter-se não só o traçado de toda a rede, como os seus pontos notáveis, as “caixas de visita”. Seguidamente foi necessário analisar as telas finais das caixas de visita, para posteriormente se introduzirem as cotas a que estas se encontram e os diâmetros internos das adutoras.

As condutas foram divididas por troços, de modo a representar a evolução das mesmas ao longo do terreno. Como já foi referido, considerou-se sempre um troço de conduta entre caixas de visita, podendo estas integrar derivações, acessórios, válvulas de seccionamento, pontos altos (ventosas) e pontos baixos (descargas de fundo).

A figura seguinte apresenta o traçado da rede adutora inserido no modelo EPANET.


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Fig.9 – Traçado da rede adutora em EPANET

A opção de estado (aberto, fechado ou contendo uma válvula de retenção) foi definida como “aberto” para a generalidade das condutas, verificando-se apenas a montante e a jusante dos reservatórios a colocação de tubagem com válvula de retenção de modo a impor que o escoamento se processe apenas num sentido. A Fig.10 apresenta as válvulas de retenção colocadas a montante e a jusante de um reservatório.

Fig.10 – Válvulas de retenção a montante e a jusante do reservatório


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O coeficiente de rugosidade foi introduzido em função 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 aço.

O código de localização considerado, quer para as condutas quer para as caixas de visita, foi o código já definido e utilizado pela AdDP (ver exemplo no Quadro 7 e Quadro 8).

Quadro 7 – Exemplo código das adutoras

Código Localização

Código Tipo de Infraestrutura Nº do troço

6345 TA – Troço Adutor 001

Quadro 8 – Exemplo código das caixas de visita


Código Tipo de Infraestrutura Nº do troço

6345 CV – Caixa Visita 001

Na figura seguinte apresenta-se um pequeno trecho de rede de forma a exemplificar o traçado desta e os códigos de localização das caixas de visitas e das adutoras.

Fig.11 – Identificação de um pequeno trecho da adutora Provizende – Moldes


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No quadro seguinte é feita a correspondência entre a adutora e o respectivo número de localização. Como já foi referido esta designação foi a previamente definida pela AdDP.

Quadro 9 – Código das adutoras

Código Localização Adutora

6340 Adutora Lever – Lagoa

6341 Adutora Lever – Seixo Alvo I

6342 Adutora Lagoa – Seixo Alvo I

6344 Adutora Seixo Alvo I – Alto Marquinho

6345 Adutora Alto Marquinho – Tourão

6349 Adutora Tourão – Vergada

6350 Adutora Vergada – Granja

6365 Adutora Vergada – Mozelos

6346 Adutora Tourão – S.Vicente de Louredo

6348 Adutora S.Vicente Louredo – Abelheira

6369 Adutora Vila Seca – Guizande

6371 Adutora Abelheira – Escariz

6372 Adutora Escariz – Provizende

6373 Adutora Provizende – Moldes

6368 Adutora Seixo Alvo I – Portela

6369 Adutora Vila Seca – Guizande

0040 Adutora Escariz – Rossio

4.2. RESERVATÓRIOS

Os reservatórios foram introduzidos no modelo, logo a seguir às condutas adutoras. Consideram-se duas situações distintas de reservatórios nos modelos EPANET: os reservatórios de nível fixo (RNF) e os reservatórios de nível variável (RNV). Estes últimos distinguem-se dos anteriores por terem uma capacidade de armazenamento limitada, podendo o volume de água armazenado variar ao longo da simulação.

O sistema em estudo é constituído por um reservatório de nível fixo e 12 reservatórios de nível variável. O reservatório de nível fixo representa a origem de água do sistema, ou seja, o Rio Douro que correspondente às captação do complexo de Lever. Para efeitos de modelação o complexo de Lever foi tratado como um reservatório de nível fixo que corresponde a todo o processo de captação de água e ao abastecimento dos reservatórios de água tratada. A figura seguinte apresenta o reservatório de nível fixo e os grupos elevatórios associados ao complexo de Lever.


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Fig.12 – RNF da ETA de Lever e grupos electrobomba da estação elevatória

Os reservatórios de nível variável foram construídos em modelo com a ajuda das telas finais das câmaras de manobra. Estas ajudaram a identificar os elementos e acessórios existentes na chegada das adutoras aos reservatórios. De forma a simplificar e de acordo com a infraestrutura existente, os reservatórios são equipados, a montante com duas válvulas altimétricas e a jusante com duas válvulas de seccionamento, como podemos ver na Fig.13.

´

Fig.13 – Reservatório de nível variável

A entrada de água nos reservatórios é efectuada por cima. Para modelar foi necessário recorrer a uma válvula altimétrica regulada para o nível de entrada de água no reservatório de modo a garantir a correcta simulação desta particularidade.

Com ajuda de fichas e quadros informativos, nas “propriedades” destes elementos introduziram-se os valores de cota de soleira, altura de água inicial, altura de água mínima, altura de água máxima e respectivo diâmetro.


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4.3. NÓS

No sistema em estudo existem dois tipos de nós: os nós representativos de caixas de visitas, isto é, pontos onde se verificou a existência de derivações, caixas de acessórios, válvulas de seccionamento, pontos altos (ventosas) e pontos baixos (descargas de fundo), e os nós que representam pontos de entrega. Fisicamente todos os nós representativos de caixas de visita foram automaticamente inseridos no modelo com a importação do traçado da rede, sendo apenas necessário colocar a cota de soleira da conduta.

Após identificação das fronteiras da rede adutora, introduziram-se os nós de consumo ou pontos de entrega que identificam as redes de distribuição a jusante. A fronteira entre a rede de adução e distribuição é assim representada pelos nós de consumo ou pontos de entrega. Consumos que são gerados pela rede de distribuição que se encontra a jusante. Associado aos consumos foi especificado o padrão temporal de forma a traduzir a sua variação no tempo. Tal como as caixas de visita e as adutoras, o código de localização é a estes idêntico (Quadro 10).

Quadro 10 – Exemplo código das caixas de visita


Código Tipo Infraestrutura Nº do Ponto

6345 PE –Ponto Entrega 001

Na Fig.14 está 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 – Identificação dos pontos de entrega


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4.4. ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS

O sistema adutor em estudo é constituído por 6 estações elevatórias: EE Lever, EE Lagoa, EE Seixo Alvo, EE São Vicente de Louredo e EE Escariz. No entanto algumas destas estações elevatórias dividem-se em subestações, isto é, dentro de uma câmara de manobras a água pode ser elevada para sítios diferentes. Dentro da EE Lever existem os grupos de elevação para Seixo Alvo e para Lagoa, assim como a EE São Vicente de Louredo que é constituída 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 auxílio de folhas informativas que caracterizam os grupos elevatórios foi complementada a sua caracterização (a CCB e a cota do eixo vertical).

Por motivo do sistema em estudo já se encontrar em funcionamento há alguns anos é natural que, por vezes, a informação relativa ao funcionamento da bomba esteja desactualizado pois esta, com o passar do tempo tende a perder capacidade de elevação. Através da análise de registos diários foi possível estabelecer o ponto de funcionamento actual de cada grupo.

Com a definição de um ponto de funcionamento o programa EPANET gera automaticamente uma curva característica da bomba. A Fig.15 mostra que através do ponto de funcionamento o programa consegue gerar uma curva característica da bomba correspondente.

Fig.15 – Curva característica da bomba de São 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 código de localização é idêntico ao das curvas, tendo como letra inicial B_ “as iniciais do local da bomba”_”nº da bomba”. Como exemplo, B_ETA1.

Na figura seguinte estão representados os grupos electrobomba que constituem parte da EE da ETA de Lever.

Fig.16 – Identificação dos grupos electrobomba da ETA de Lever

4.5. VÁLVULAS

O passo seguinte da construção do modelo foi o carregamento das válvulas, umas associadas aos reservatórios e outras ao sistema adutor. No sistema adutor modelado foram introduzidas 4 tipos de válvulas:

� TCV – Válvulas borboleta de seccionamento “VB”;

� PSV – Válvulas altimétricas ou de alívio “VA”;

� PRV – Válvula redutoras de pressão “VRP”;

� FCV – Válvula Redutora de caudal “VRC”.

Na entrada dos reservatórios de nível variável sempre que necessário foram instalados um conjunto de válvulas destinadas a controlar o nível de água no reservatório, a simular a entrada de água acima da superfície livre, bem como a controlar a admissão de caudal.

Foi também introduzida uma válvula redutora de pressão na adutora Provizende – Moldes para evitar pressões elevadas na chegada a Arouca, numa zona em que as cotas do terreno são bastante inferiores às de montante. O controlo operacional desta válvula foi feito como em projecto, de forma a que à chegada a Moldes se obtenha uma pressão não superior a 25 mca.


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Todos os controlos operacionais foram efectuados através da interpretação das leituras dos caudalímetros e registos dos níveis dos reservatórios existentes. O código de localização das válvulas utilizado foi o seguinte:

Quadro 11 – Exemplo código das válvulas

Tipo de Válvula

Iniciais da Localização

Nº da Válvula

VB_ PROV_ 01

VA_ PROV_ 01

VRP_ PROV_ 01

VRC_ PROV_ 01

Na figura seguinte é apresentada o conjunto de válvulas que constituem a representação de um reservatório com os respectivos elementos de entrada e saída.

Fig.17 – Identificação das válvulas 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 considerações relativas aos controlos operacionais dos equipamentos bem como a justificação dos padrões consumos são abordados no capítulo seguinte.


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CALIBRAÇÃO – VERIFICAÇÃO

A fase de verificação do modelo constitui uma importante etapa do trabalho, uma vez que permite a identificação das anomalias de funcionamento do mesmo, bem como a análise e correcção através de um processo iterativo com base na repetição de simulações computacionais do modelo. Estes resultados e respectiva interpretação têm como linhas orientadoras a utilização do modelo para planeamento e apoio à futura exploração.

Como já foi referido, o presente estudo tem por base o sistema adutor da AdDP, pretendendo-se que a modelação matemática do sistema reproduza com a maior fidelidade os parâmetros físicos e hidráulicos pelo qual o sistema se rege. Desta forma, para a calibração e verificação de resultados foi adoptada a estratégia de simular uma situação real que já tenha ocorrido, isto é, foram utilizados todos os registos e cadastros de dados de um dia 11 de Fevereiro de 2008 e feita toda a modelação de acordo com esse dia. A calibração é então efectuada através da comparação entre os resultados obtidos pelo modelo matemático e os resultados obtidos nas medições da AdDP no seu sistema.

As principais variáveis que reflectem o comportamento hidráulico de um sistema de abastecimento de água são o caudal e a pressão. Neste sentido, como resultado desta etapa de calibração foram detectadas e corrigidas as diversas anomalias de funcionamento.

5.1. CONSUMOS

Para a calibração 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, não estão associados aos reservatórios de transição entre o sistema adutor e o sistema de distribuição. A AdDP apenas é responsável pelo abastecimento em alta. O controlo dos reservatórios de distribuição é efectuado pelas entidades gestoras da rede local de distribuição (em baixa). Assim devido ao controlo desses reservatórios pelas entidades locais, a AdDP não possui qualquer tipo de informação sobre o consumo da rede de distribuição. Desta forma o consumo está associado ao abastecimento do reservatório municipal, registado pelo caudalímetro inserido na adutora. Nestas circunstâncias, tentar caracterizar redes de distribuição desconhecidas, implicaria uma complexidade agravada à qual corresponderia um incremento discutível da qualidade do modelo. Por este motivo, os consumos do sistema são definidos como pontos de entrega com medição de caudal.


30

5.1.1. PADRONIZAÇÃO HORÁRIA

A forma de incorporar as variações temporais ao longo do período de calibração de 24 horas consiste em introduzir padrões de variação de consumo que correspondem a sequências de factores.

Para efeitos de verificação do presente modelo, foram analisadas todas as leituras de volume nos pontos de entrega e calculadas as factorizações horárias associadas a cada ponto de entrega. Estes padrões encontram-se representados no Quadro 12, ao longo de 24 horas. Apresentam um passo temporal de 60 minutos, que para efeitos de calibração, foi considerado suficiente. Os dados são provenientes dos registos e leituras efectuadas pelas infraestruturas da AdDP. A variabilidade dos consumos é real, tanto no tempo como no espaço.

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

6346PE030 - VILA MAIOR

Hora Volume m³ Caudal m³/h Factores Horários 00:07:49 873768.0 01:07:50 873783.0 15.0 0.7258 02:07:50 873794.0 15.0 0.5322 03:07:50 873802.0 8.0 0.3870 04:07:51 873810.0 8.0 0.3870 05:07:51 873818.0 8.0 0.3870 06:07:52 873826.0 8.0 0.3870 07:07:52 873835.0 9.0 0.4354 08:07:52 873849.0 14.0 0.6774 09:07:52 873875.0 26.0 1.2580 10:07:52 873907.0 32.0 1.5483 11:07:52 873942.0 35.0 1.6930 12:07:53 873980.0 38.0 1.8387 13:07:53 874014.0 34.0 1.6451 14:07:53 874045.0 31.0 1.5000 15:07:53 874070.0 25.0 1.2096 16:07:53 874092.0 22.0 1.0645 17:07:53 874111.0 19.0 0.9193 18:07:54 874131.0 20.0 0.9677 19:07:54 874153.0 22.0 1.0645 20:07:54 874177.0 24.0 1.1612 21:07:54 874204.0 27.0 1.3064 22:07:54 874227.0 23.0 1.1129 23:07:55 874249.0 22.0 1.0645 00:07:55 874264.0 15.0 0.7258

Qmd (m3/h) 20.6 24

Qmd (l/s) 5.7


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O gráfico seguinte representa a factorização horária do consumo de um ponto de entrega ao longo de 1 dia.

6346PE030

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7:51

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07:0

7:52

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7:52

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7:53

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7:53

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17:0

7:53

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19:0

7:54

20:0

7:54

21:07:

54

22:0

7:54

23:0

7:55

Fig.18 – Gráfico da distribuição horária de consumo

No Quadro 13 são apresentados para todos os pontos de entrega utilizados no estudo, a sua área de influência e o caudal médio do dia 11 de Fevereiro de 2008.

Quadro 13 – Factorização do consumo de todos os pontos de entrega

PONTO ENTREGA LOCALIZAÇÃO Qmd

(l/s) GRÁFICO DE FACTORIZAÇÃO

6349PE070 Argoncilhe 3.08

6363PE075 Mozelos 6.42

6382PE080 Nogueira 9.03


32



6341PE005 Portelinha 5.62

6381PE010 Rasa - Gaia 318.47

6381PE015 Crestuma 3.72

6381PE016 F.C. PORTO 4.14

6381PE017 Portela 261.70


33



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/elevação) 6.99

6394PE054 Provizende 2.33


34



6373PE055 Souto Redondo 1.34

6373PE056 Ameixieira 1.96

6373PE057 Forcada 4.69

6373PE058 Moldes 19.41

6349PE060 Olival-Gaia 5.53

6349PE065 Cabeço e Loureiro

15.51


35

5.2. TEMPO

A modelação do sistema de abastecimento de água foi efectuada com base em simulações da evolução do sistema ao longo do tempo, através de sequências de soluções de equilíbrio hidráulico obtidas para sucessivos instantes.

Neste ponto do projecto, tendo por objectivo calibrar o modelo, foi utilizada uma duração total 24 horas. O intervalo de tempo considerado para o cálculo hidráulico foi de 5 minuto, com um intervalo de relatório de estado de 60 minutos.

5.3. CONTROLOS OPERACIONAIS

Os controlos são um conjunto de instruções que estabelecem o modo como a rede opera ao longo do tempo em função de determinadas condições. Aplicam-se estes controlos sobre o estado das condutas, bombas ou válvulas, que poderão ser accionados em função do tempo, da altura de água num reservatório e da variação de caudal ou pressão em determinados pontos da rede.

Para o cenário considerado, tratando-se de um sistema misto, isto é, por gravidade e por elevação, foi necessário ter em atenção os controlos relativos ao funcionamento das válvulas altimétricas à entrada dos reservatórios, bem como de todos os grupos electrobomba existentes no sistema.

Foram aplicados controlos múltiplos que alteram o estado dos elementos de acordo com o funcionamento desejado. As válvulas altimétricas foram reguladas de forma a controlar a pressão à entrada dos reservatórios. As válvulas de seccionamento receberam controlos de abertura e de fecho conforme os níveis de funcionamento de cada reservatório. Aos grupos electrobomba foram ajustados pontos de funcionamento reais e tempos de bombagem que se ajustam aos consumos em tarifa eléctrica mais baixa, conforme a AdDP programou.

De uma forma geral foi feita uma análise aos registos do dia de calibração de forma a entender todo o controle necessário a efectuar na rede adutora. Este processo permite que o funcionamento do modelo matemático obtenha um comportamento similar à 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 relatório de estado processado pelo EPANET, após executar a simulação, indica mensagens de erro e aviso, associadas aos elementos pelo respectivo código (ID) e localizadas no tempo pelo correspondente passo de cálculo hidráulico.

De seguida, mostram-se alguns exemplos de mensagens associadas a este tipo de erros:

AVISO: Nó 6345PE030 desligado ás 1:00:30 hrs

AVISO: Sistema desligado devido ao troço 6350TA002

AVISO: Pressão Negativa ás 6:55:22 hrs.


36

Todos os tipos de erros foram detectados e resolvidos com base na análise do comportamento real do sistema adutor. Detectou-se uma sensibilidade associada à entrada de água nos reservatórios que requer cuidados especiais no que se refere à configuração das válvulas altimétricas que controlam o nível de água nos reservatórios e, simultaneamente, limitam os caudais aduzidos.

Outra das verificações do modelo passou pela eliminação das mensagens de “equilíbrio não atingido” ou de “número máximo de iterações atingido”.

AVISO: Máximo de iterações excedido ás 15:13:15 hrs. Equilíbrio não atingido.

Esta condição ocorre quando o EPANET não consegue convergir para uma solução hidráulica em determinado passo de cálculo com o número máximo de iterações fixado. Os valores por defeito na aplicação propõem uma frequência elevada de verificação de estado. No entanto para a simulação em causa, o programa requer uma mudança destes valores de forma a diminuir a frequência de verificações de estado e aumentar o número de iterações, permitindo assim um correcto cálculo hidráulico.

Uma grande parte dos erros de instabilidade do sistema e incompatibilidades entre equipamentos tinham origem no processamento dos controlos operacionais, verificando-se na execução das simulações iniciais várias dificuldades de convergência para uma solução hidráulica.

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 não consegue debitar o caudal regulado não correspondem a uma condição de erro na modelação; alertam apenas para o facto de o caudal que circula na conduta onde a válvula está inserida ser inferior ao estipulado no “parâmetro de controlo”.

AVISO: FCV FRC_2 aberta mas não consegue entregar caudal ás 1:45:00 hrs.

Esta situação poderá ser frequente e é perfeitamente aceitável, sempre que não seja possível ou desejável fornecer o caudal para o qual foi regulada como limite máximo.

5.5. RESULTADOS

A simulação hidráulica do dia 11 de Fevereiro de 2008 do sistema adutor da AdDP num período real de 24 horas permitiu verificar que o modelo consegue um comportamento consideravelmente idêntico ao do sistema adutor em causa. Estes resultados foram conseguidos após sucessivas simulações hidráulicas e constantes ajustes no sistema de forma a que todo o modelo reproduzisse fielmente o sistema em questão.


37

Todos estes processos de verificação do modelo anteriormente descritos foram realizados iterativamente. Os passos principais foram repetidos até determinadas condições de aceitabilidade serem verificadas. Este é um processo demorado que requer uma análise cuidada dos diversos parâmetros envolvidos na simulação, desde os dados físicos, consumos, controlos operacionais, opções e configurações da modelação.

O entendimento de que o modelo se encontrava calibrado deveu-se à comparação entre os resultados hidráulicos obtidos pelo modelo e os cadastros das leituras efectuadas pela AdDP. A comparação de registos permitiu obter os resultados finais da calibração e perceber o grau de precisão que o modelo nos oferece. Como verificação final, utilizou-se a leitura dos níveis nos reservatórios.

Nos gráficos seguintes apresentamos a análise efectuada aos registos de saída do modelo e as leituras da AdDP no que respeita aos níveis nos reservatórios.

VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE PROVIZENDE

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M e tros

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REALIDADE

MODELO

Fig.19 – Gráfico de comparação do nível em Provizende


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VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE ESCARIZ

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REALIDADE

MODELO

Fig.20 – Gráfico de comparação do nível em Escariz

VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE ABELHEIRA

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REALIDADE

MODELO

Fig.21 – Gráfico de comparação do nível em Abelheira


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VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE S. VIC. LOU REDO

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REALIDADE

MODELO

Fig.22 – Gráfico de comparação do nível em São Vicente de Louredo

VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE MOZELOS

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REALIDADE

MODELO

Fig.23 – Gráfico de comparação do nível em Mozelos


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VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE RAMIL-ARGON CILHE

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REALIDADE

MODELO

Fig.24 – Gráfico de comparação do nível em Ramil - Argoncilhe

VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE ALTO MARQUI NHO

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REALIDADE

MODELO

Fig.25 – Gráfico de comparação do nível em Alto Marquinho


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VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE SEIXO-ALVO

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REALIDADE

MODELO

Fig.26 – Gráfico de comparação do nível em Seixo - Alvo

VERIFICAÇÃO DO NIVEL DO RESERVATÓRIO DE LAGOA

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REALIDADE

MODELO

Fig.27 – Gráfico de comparação do nível em Lagoa


42

Fig.28 – Simulação de calibração bem sucedida (interface EPANET)

Durante as primeiras simulações específicas dos cenários obtiveram-se alguns resultados com disparidades facilmente identificáveis e devidas a causas evidentes. Surgiram ainda outras de maior dificuldade de identificação. Segundo Coelho (2006), a correcção deste tipo de discrepâncias é chamada macro-calibração que decorre iterativamente, com ajustamentos, simulações e comparações sucessivas, até à obtenção do melhor grau de precisão desejado para apoio ao projecto e planeamento.

Como se observa em alguns dos reservatórios, existe alguma discrepância entre os valores registados e os calculados. No entanto, essas diferenças encontram-se dentro de uma margem de erro aceitável.

Numa análise mais pormenorizada, algumas diferenças entre o modelo e a realidade surgem pelo facto de os controlos operacionais, por muito próximos que sejam da realidade, nunca serem cem por cento fiéis ao sistema adutor da AdDP. Outra razão pode estar nas flutuações do sistema adutor real, isto é, o controlo operacional de alguns dos equipamentos como válvulas reguladoras de caudal, válvulas altimétricas, válvulas reguladoras de pressão e grupos electrobomba, não ser imune a falhas operacionais. Por outro lado, o modelo numérico rege-se pelos controlos operacionais programados e numericamente não compreende qualquer falha ou flutuação dos valores inseridos.

É um facto que um modelo matemático de um sistema adutor de tal complexidade hidráulica nunca representará com exactidão os parâmetros hidráulicos observador no sistema real.


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6

EXPLORAÇÃO DO SISTEMA

Segundo Rossman (2000), a utilização mais imediata de um modelo é o aprofundamento do conhecimento sobre o funcionamento do sistema modelado, por outras palavras, o ganho de sustentabilidade ao seu comportamento.

A análise realizada não pretende ser exaustiva, mas antes ilustrar de forma simples uma abordagem à utilização do modelo para compreender o funcionamento de um sistema. Desta forma os cenários simulados tiveram como objectivo a percepção do comportamento do sistema adutor em situações limite. Os cenários explorados vão permitir compreender, de uma forma geral, as capacidades de abastecimento que o sistema adutor Sul da AdDP é capaz.

Foram simulados dois cenários distintos:

� Exploração do sistema em baixo consumo com redução de 50% no consumo base do sistema relativamente a um dia de funcionamento normal (dia 11 de Fevereiro de 2008);

� Exploração do sistema em alto consumo com previsão de consumos futuros e introdução de um novo ponto de entrega com um consumo diário de 500 m³.

A modelação do sistema de abastecimento de água foi efectuada com base em simulações da evolução do sistema ao longo do tempo, através de sequências de soluções de equilíbrio hidráulico obtidas para sucessivos instantes.

O modelo foi desenvolvido para simulação em período alargado de 5 dias (120 horas), em que o padrão de consumo relativo a cada ponto de entrega é repetido no início de cada intervalo de 24 horas. O intervalo de tempo considerado para o cálculo hidráulico foi de 5 minutos, com análise de estado de 15 minutos em 15 minutos. Pela sua expressividade, optou se essencialmente pela representação gráfica, complementada com representação numérica e tabelar dos resultados.

Através da execução dos cenários descritos e respectiva análise, preveu-se o comportamento do sistema real através do seu modelo.


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6.1. ANALISE HIDRÁULICA DO SISTEMA EM BAIXO CONSUMO

Como anteriormente referido, com a finalidade de explorar uma situação limite inferior foi considerado uma redução de 50 % ao consumo base do sistema. Para tal foi admitido que a padronização de consumo utilizada na calibração, é representativa do sistema e, dessa forma, aos consumos do dia 11 de Fevereiro de 2008 foi aplicada uma redução de 50 % da entrega diária em cada ponto de consumo.

Numa primeira fase da análise de resultados efectua-se uma descrição genérica do sistema adutor apresentando-se um conjunto de gráficos explicativos do sistema.

Na Fig.29 está representada a topografia do terreno ao longo do sistema adutor, verificando-se a evolução em combinação gravítica e elevatória desde a captação na ETA de Lever até Moldes.

Fig.29 – Evolução topográfica do sistema


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Uma rede bem desenhada e bem dimensionada tenderá 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 representação dos diâmetros permite identificar uma estrutura base, o esqueleto da rede (Fig.30).

Fig.30 – Diâmetros das condutas

Tendo já obtido informação passível de uma análise da infraestrutura física, pode passar-se a executar a simulação que permite ir progressivamente analisando os valores das principais variáveis de estado, indicadores de caudal, pressão, perda de carga e velocidade de escoamento.


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6.1.1. CAUDAL

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

Fig.31 – Balanço de caudal

No que diz respeito ao caudal consumido, verifica-se um consumo médio de aproximadamente 900 l/s (78 000 m³/dia) observando-se a existência de comportamentos claramente distintos entre o consumo no período nocturno e diurno, reflectindo os padrões de consumo aplicados ao modelo. É atingido o consumo máximo às 13:30 horas com uma entrega de 1 200 l/s e, por volta das 5 horas da madrugada, é solicitado o consumo atinge o ponto mais baixo de 705 l/s.

No caudal produzido é possível perceber que a adução do sistema tem origem numa estação elevatória. Observamos picos de bombagem, que traduzem a elevação em períodos de baixa (custo energético menor) aproveitando a capacidade de reserva e regularização dos reservatórios a jusante. Nas horas em alta (custo energético elevado) o sistema tenta fechar o máximo de grupos electrobomba possível. O sistema tem uma capacidade de elevação máxima de 2 980 l/s.

De uma forma geral podemos dizer que o sistema se comporta ciclicamente ao longo das 120 horas de simulação.


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6.1.2. PERDA DE CARGA

Seguidamente analisa-se as perdas de carga unitárias nas adutoras, para procurar conhecer a sua importância no funcionamento do sistema. Analisou-se a perda de carga unitária das condutas, para as horas de menor consumo, obtendo-se uma distribuição espacial esquematizada na Fig.32.

Fig.32 – Perda de carga unitária nas condutas

A análise à perda de carga no sistema terá maior significado quando analisada para alto consumo (ver capitulo 6.2.2). No entanto, nesta primeira observação é evidente um excesso de perda de carga no final da rede. A última adutora que abastece Moldes, no momento actual, encontra-se a funcionar de um modo para o qual não foi dimensionada. O abastecimento feito a Arouca, que ainda é significativo, deveria estar a ser feito por Forcada, onde a adutora possui dimensão suficiente para os caudais envolvidos. No momento é feito por Moldes onde a adutora de apenas 125 mm provoca uma perda de carga significativa.


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6.1.3. PRESSÃO

No que se refere à pressão nos nós, a principal questão a analisar são sobretudo as pressões máximas que se verificam nos períodos de menor consumo e no limite, as pressões hidrostáticas. A representação gráfica apresentada na Fig.33 demonstra a distribuição de pressões ao longo do sistema adutor.

Fig.33 – Representação gráfica da distribuição espacial de pressões

Nesta fase, do ponto de vista hidráulico, não é sensato fazer uma análise no que diz respeito às pressões mínimas, visto que estas acontecem quando o sistema se encontra em alto consumo e, consequentemente, se verificam as maiores perdas de carga.

No que respeita aos pontos críticos de elevada pressão, podemos observar que estes se encontram nas adutoras elevatórias entre São Vicente de Louredo – Abelheira e Escariz – Provizende.

Relativamente à adutora Escariz – Provizende as pressões mais elevadas apresentam valores da ordem de 200 mca, tendo como pressão máxima 224.5 mca., o que não reflecte qualquer problema, visto que as pressões atingidas se encontram dentro dos níveis adequados às correspondentes classes de pressão das condutas adutoras e respectivos acessórios.


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A adutora São Vicente de Louredo – Abelheira encontra-se no limite máximo de pressão. A conduta está executada em FFD PN 40 e em dois pontos da adutora é ultrapassada a pressão de 350 mca. Um desses pontos atinge os 392.90 mca. É então importante referir que esta adutora se encontra no limite de funcionamento. Na Fig.34 apresenta-se unidimensionalmente os pontos de pressão máxima.

Fig.34 – Distribuição de pressões na rede

6.2. ANALISE HIDRÁULICA DO SISTEMA EM ALTO CONSUMO

Na previsão de consumos para a rede adutora, a empresa AdDP, estima que os consumos médios futuros apresentarão um decréscimo no consumo total de água. Esta previsão justifica-se pelo facto de concelhos como Porto e Matosinhos virem a apresentar uma queda nos consumos. No entanto, esta queda não se aplica a todos os municípios. Na verdade, para grande parte dos concelhos considerados nesta modelação prevê-se um crescimento do consumo de água.

Na perspectiva de considerar um novo ponto de entrega, e de analisar a viabilidade do mesmo, não convêm considerar o abaixamento de consumos futuros. Deste modo, nos pontos de entrega para os quais se prevê decréscimo consideramos o maior registo de consumo verificado; nos locais onde se prevê um crescimento consideramos a previsão de máximo consumo efectuada pela AdDP.


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A colocação de uma nova entrega não é um cenário puramente académico, mas sim um cenário de simulação proposto pela empresa AdDP dado o interesse da mesma em colocar essa entrega em funcionamento.

O novo ponto de consumo, 0000PE050, é abastecido graviticamente pela adutora Abelheira – Escariz, derivando para o reservatório associado ao ponto de entrega, o reservatório de Carregosa, a montante do reservatório de Escariz. Foi considerado um consumo médio diário de 500 m³. O reservatório associado ao ponto de entrega está localizado a aproximadamente 2500 metros a sudoeste do reservatório de Escariz e não prevê grande capacidade de regularização pelo que foi considerada uma célula apenas com capacidade de 300 m³ em pleno armazenamento. A adutora que abastece a nova entrega terá um diâmetro de 200 mm.

Os registos e previsões fornecidos pela AdDP são trabalhados em volume anual por município. Assim, de forma a obter o consumo do dia médio do mês de maior consumo, majorou-se em 30 % o consumo médio anual. No quadro seguinte apresentamos os caudais considerados para cada município.

Quadro 14 – Consumos para simulação de alto consumo

Conselho Consumo anual (m³)

Consumo do dia médio do mês de maior

consumo (m³)

Caudal (l/s) Registo Previsão

Arouca 1024894 3650 42 - 2008

Vale de Cambra 3510 13 0.14 2007 -

Santa Maria da Feira 5728013 20401 236 - 2026

Oliveira de Azeméis 2484705 8850 102 - 2016

São João da Madeira

1422018 5065 59 - 2018

Ovar 711797 2535 29 - 2020

Vila Nova de Gaia 21836334 77773 900 - 2023

Espinho 2345561 8354 97 2007 -

Gondomar (Jovim) 23530707 83808 970 2008 -

0000PE050 140385 500 6 Proposta de funcionamento

O passo seguinte consiste em determinar o valor de consumo para cada ponto de entrega. Em regra geral, cada concelho possui vários pontos de consumo espalhados pelos seus municípios. Então, através de um registo (passado) dos consumos nos pontos de entrega específicos, foi calculada a contribuição percentual que cada um deles tem no consumo global do concelho. O caudal anteriormente considerado em cada concelho foi então multiplicado pela contribuição dos diversos pontos de entrega obtendo assim os caudais de exploração do modelo. O Quadro 15 identifica os pontos de entrega e caudal considerado.


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Quadro 15 – Consumo do dia médio do mês de maior consumo

Conselho Ponto de Entrega Caudal

(l/s)

6393PE045 11.1

6394PE054 4.4

6373PE055 1.2

6373PE056 3.1

6373PE057 4.7

Arouca

6373PE058 19.6

6341PE005 8.4

6381PE010 485.0

6381PE015 5.8

6381PE016 4.0

6381PE017 380.0

6390PE020 11.4

6345PE025 2.7

6349PE060 18.0

Vila Nova de Gaia

6349PE065 2.6

6346PE030 10.1

6385PE033 4.8

6349PE070 6.0

6365PE075 1.6

6382PE080 18.9

Santa Maria da Feira

Saída Ramil 183.8

Oliveira de Azeméis Saída Ramil 102.0

São João da Madeira Saída Ramil

59.0

Ovar Saída Ramil 29.0

Gondomar (Jovim) Saída Lagoa-

Jovim 970.0

Espinho 6367PE090 97.0

Vale de Cambra 0040PE049 0.15

Oliveira de Azeméis 0000PE050 6.0

Para termos uma ideia dos valores envolvidos, vamos prever para sistema de Lever Sul uma distribuição de aproximadamente 56 850 000 m³ de água anual, sendo desta 35 660 000 m³ de distribuição efectiva no sistema Sul e 21 190 000 m³ que segue graviticamente de Lagoa para o reservatório de Jovim, o qual faz parte do sistema Lever Norte.


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Ao novo ponto de entrega foi atribuída a factorização horária do ponto de entrega de Mozelos, 6363PE075, considerando que este possui características semelhantes ao ponto de entrega em questão. Importa referir que os consumos têm um comportamento de natureza variável, tanto no tempo como no espaço, sendo esta uma estimativa com algum grau de incerteza associada. No entanto, para efeitos de planeamento e apoio à futura exploração, considera-se adequada. No Quadro 16 apresenta-se o gráfico de factorização horária considerado em Carregosa.

Quadro 16 – Padrão de consumo do novo ponto de entrega



0000PE050 Carregosa 6

6.2.1. CAUDAL

Logo na primeira simulação que se efectua em novo cenário de alto consumo, identifica-se a primeira incompatibilidade de funcionamento. Assim, observa-se que o reservatório de Seixo Alvo não tem capacidade suficiente e não consegue satisfazer a entrega exigida pelos pontos a jusante. Ao mesmo tempo pode-se referir que as estações elevatórias de Lagoa e da ETA de Lever, que se encontraram praticamente em funcionamento constante, não possuem capacidade de elevação suficiente. Esta situação deve-se não só ao aumento das exigências de consumo de toda a rede a jusante, mas também, às elevadas previsões de consumo nos pontos de entrega abastecidas directamente pelo reservatório, isto é, não pela entrega ao reservatório de Alto Marquinho, mas sim pelos pontos de entrega 6381PE010 e 6381PE017 (Gaia).

Na Fig.35 pode-se observar a evolução temporal dos níveis do reservatório de Seixo Alvo e perceber que, a partir das 10 horas da manhã, o consumo é muito elevado o que provoca o rápido esvaziamento das células do reservatório.


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Fig.35 – Evolução do nível da água no reservatório de Seixo Alvo

De forma a dar continuidade a esta análise, reduziu-se os consumos dos dois pontos de entrega anteriormente referidos para valores que fossem suportados pelo sistema, isto é, que não provocassem o esvaziamento das células do reservatório de Seixo Alvo. Os valores apresentados no Quadro 17, sofreram uma redução de cerca de 30 % correspondendo ao limite de capacidade máxima do reservatório de Seixo Alvo.

Quadro 17 – Correcção do consumo de entrega em Rasa-Gaia e Portela

Ponto de Entrega Caudal

Previsto (l/s)

Caudal Considerado

(l/s)

6381PE010 485 340

6381PE017 380 290

Para termos uma ideia dos valores envolvidos nesta nova análise, o reservatório de Seixo Alvo entrega aproximadamente 102 000 m³ por dia, sendo 46 700 m³ destes elevados para o reservatório de Alto Marquinho e 55 300 m³ são entregues directamente aos pontos de consumo. Na Fig.36 mostra-se o comportamento do reservatório de Seixo Alvo com a correcção nos valores de entrega.


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Fig.36 – Evolução do nível da água no reservatório de Seixo Alvo (correcção)

É possível observar que o reservatório, apesar do grande consumo exigido entre as 12 horas e as 17 horas, ainda consegue manter um nível de reserva aceitável. No entanto, deve referir-se que os grupos electrobomba que abastecem este reservatório se encontram praticamente todo o dia em funcionamento (ver Fig.37).

Fig.37 – Funcionamento dos grupos electrobomba de Lever e Lagoa no abastecimento a Seixo Alvo


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Considerando esta uma situação limite do sistema neste local e efectuando uma análise comparativa em relação aos valores de abastecimento actuais, podemos dizer que este reservatório e o abastecimento a ele realizado conseguem comportar um crescimento de consumo de 25 %.

Após correcção dos consumos em Seixo Alvo, a nova simulação trouxe mais problemas. Verificou-se então que o reservatório de São Vicente de Louredo ficava vazio, como resultado natural do aumento considerável dos caudais exigidos a jusante. Ao analisar o funcionamento do reservatório verificou-se que o caudal de saída é muito maior que o de entrada e que, para este níveis de consumo, o mesmo não possui capacidade de regularização suficiente.

Fig.38 – Evolução do nível da água no reservatório de São Vicente de Louredo

A elevatória a jusante do reservatório transporta um caudal de 66 l/s e a admissão está regulada para uma entrada de um caudal de aproximadamente 43 l/s. Assim, pode-se observar na Fig.38 que o reservatório ao fim de um dia de funcionamento fica vazio e que, devido à necessidade constante de o grupo electrobomba estar a funcionar, as células não conseguem recuperar do esvaziamento.

Definiu-se então um novo controlo de entrada de caudal em São Vicente de Louredo de forma a obter um funcionamento normal do reservatório. Foi fixado o valor de 56 l/s na admissão gravítica ao reservatório. O resultado está apresentado na figura seguinte.


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Fig.39 – Evolução do nível da água no reservatório de São Vicente de Louredo (correcção)

Na Fig.40 é possível observar o balanço total de caudal produzido e caudal consumido pelo sistema. Devido ao comportamento cíclico do sistema, e para melhor compreensão gráfica, mostra-se apenas a evolução de 24 horas.

Fig.40 – Balanço de caudal no sistema


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Analisando os consumos, verifica-se uma entrega média de água de aproximadamente 2200 l/s (190 000 m³/dia), observando a existência de comportamentos claramente distintos entre os consumos nos períodos nocturno e diurno reflectindo os padrões de consumo aplicados ao modelo. É atingido o consumo máximo às 13 horas, com uma entrega de 2800 l/s, e às 5 horas da madrugada é solicitado o consumo mais baixo de 1520 l/s.

No caudal produzido observa-se os picos de bombagem, que no fundo traduzem a elevação em períodos de baixa (custo energético menor) aproveitando a capacidade de reserva e regularização dos reservatórios a jusante, e nas horas em alta (custo energético elevado) o sistema tenta fechar o máximo de grupos electrobomba possível. O sistema tem uma capacidade de elevação máxima de 2980 l/s.

Como já foi mencionado, para estes níveis de consumo o sistema está limitado no reservatório de Seixo Alvo e no seu abastecimento. No entanto, devido à instalação no novo ponto de entrega e aos elevados níveis de consumo de Arouca o sistema também começa a ficar condicionado nas estações elevatórias de São Vicente de Louredo e Escariz, como se pode verificar no gráfico da Fig.41.

Fig.41 – Funcionamento dos grupos electrobomba de Escariz e São Vicente de Louredo

Para um bom funcionamento mecânico e como medida preventiva de falhas durante o abastecimento, os grupos electrobomba devem, no mínimo, parar o seu funcionamento durante 2 horas diárias para rotinas de manutenção. Nesta medida, como se pode observar, a estação elevatória que abastece o reservatório de Provizende encontra-se praticamente em funcionamento durante as 24 horas, ficando o consumo de Arouca limitado a este nível de consumo. O reservatório de Provizende entrega diariamente 3000 m³ de água ao concelho de Arouca.


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A elevatória de São Vicente de Louredo ainda não se encontra no seu limite. Na ponta horária da parte da manhã, o grupo electrobomba ainda consegue fechar por 3 horas. Assim, no que diz respeito ao nível de consumo da nova entrega, não existirão problemas, havendo ainda lugar para uma margem de crescimento, ou eventuais picos de consumo.

No entanto, o novo consumo também está dependente da capacidade de regularização do reservatório a montante de Abelheira, mas como se pode observar na Fig.42 este possui capacidade suficiente para o nível de consumo desejado, e nas horas de maior consumo ainda consegue manter um nível de segurança aceitável na eventualidade de uma falha do sistema ou corte energético.

Fig.42 – Evolução do nível da água no reservatório de Abelheira

Em forma de conclusão pode-se dizer que a rede adutora Sul da AdDP para este nível de consumo se encontra muito perto da capacidade máxima de funcionamento. O reservatório de Seixo Alvo, o abastecimento ao mesmo e a estação elevatória de Escariz, no que diz respeito à capacidade de entrega, são as infraestruturas em situação mais crítica.


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6.2.2. PERDA DE CARGA

Analisa-se agora as perdas de carga unitárias do sistema, para as horas de maior consumo, com o objectivo de perceber a sua importância no seu funcionamento. Obteve-se a distribuição espacial esquematizada na Fig.43.

Fig.43 – Perda de carga unitária nas condutas

Numa análise mais detalhada do sistema adutor, nomeadamente das condutas que constituem a estrutura principal do sistema de abastecimento, verifica-se que existem determinadas derivações do sistema adutor principal que apresentam valores de perdas de carga significativas, embora estes sejam pequenos troços em que existem ligações para os sistemas em “baixa” cuja informação, sendo precária, pode não estar bem definida. Importa por esta razão, analisar a conduta adutora principal e as derivações do sistema em “alta” em que estas situações se encontram bem definidas em termos de traçado de condutas e respectivos diâmetros.

Assim, de uma forma geral, as perdas de carga não são muito elevadas. Em quase toda a rede a perda de carga unitária encontra se abaixo dos 2 metros por quilómetro, à excepção da conduta elevatória que abastece Abelheira e, como já foi referido na analise de baixo consumo, os últimos trechos da adutora que abastece Moldes.


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De facto, o mau funcionamento do sistema nesta zona provoca perdas de carga muito elevadas que são apenas suportadas pelo sistema devido a ser uma zona de altas pressões hidrostáticas. Na realidade, existe uma válvula redutora de pressão a meio da conduta que, em condições de funcionamento normal da rede, deveria provocar uma perda de carga considerável. No entanto, devido a esta anomalia e a valores de perda de carda da ordem dos 22 metros por quilómetro, a sua necessidade é quase nula.

São apresentados no Quadro 18 os valores de perda de carga unitária mais elevados registados no sistema adutor

Quadro 18 – Máximos de perda de carga identificados na rede

Troço Diâmetro mm

Velocidade m/s

Perda de carga m/km

T_6345PE025 100 0.67 5.62

T_6349PE060 100 1.48 26.04

T_6349PE065 150 1.50 16.02

T_6346PE030 100 1.99 46.47

6348TA000 300 0.92 2.67

T_6373PE056 80 2.66 99.42

T_6373PE057 100 0.74 6.55

6373TA000 125 1.86 28.48

6.2.1. PRESSÃO

Como já foi analisado no cenário de baixo consumo, do ponto de vista hidráulico os locais de maior pressão não reflectem qualquer problema visto que as pressões atingidas se encontram dentro dos níveis adequados às correspondentes classes de pressão das condutas adutoras e respectivos acessórios.

Na análise do sistema em alta carga, verificou-se então os pontos críticos com baixas pressões provocadas pelas maiores perdas de carga correspondentes ao aumento dos consumos. Para as menores pressões importa garantir que não existam sub-pressões nos pontos mais altos ao longo das adutoras e que as cotas energéticas mínimas, ou seja, a cota da entrada de água no reservatório seja suficiente. A representação gráfica apresentada na Fig.44 demonstra essa distribuição de pressões ao longo do sistema adutor.


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Fig.44 – Distribuição espacial de pressões

Numa primeira abordagem, olhando para a representação gráfica da distribuição de pressões podemos identificar duas situações que merecem uma análise mais detalhada. Identifica-se um conjunto de baixas pressões na adutora que abastece Escariz e também nas entradas do reservatório de Provizende e do reservatório de Ramil-Argoncilhe as cotas energéticas são mínimas. Na Fig.45 compreende-se melhor a localização dos pontos críticos.

Fig.45 – Distribuição das pressões na rede


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A adutora que abastece Escariz desenvolve-se ao longo de zonas com elevadas cotas topográficas, o que provoca nesses pontos altos da rede pressões muito baixas. Do ponto de vista hidráulico é necessário assegurar que a cota piezométrica nunca seja inferior a 3 metros acima do nível do terreno, de forma a evitar sub-pressões nas condutas. Por estes motivos e por questões de segurança, a AdDP tem neste momento, sem a nova entrega, a adutora controlada para um caudal de 35 l/s, valor este que corresponde a 30 % da capacidade total da adutora.

Desta maneira e por todos os motivos que anteriormente foram referidos, o nível de consumo do novo ponto de entrega pode estar limitado pelos pontos de baixas pressões. No entanto, neste estudo vai-se tentar perceber a capacidade máxima da adutora e, consequentemente, o nível de consumo que pode ser feito no novo ponto de entrega. A linha piezométrica entre o reservatório de Abelheira e o reservatório de Escariz apresentado na Fig.46 mostra a situação energética no momento de máximo caudal na adutora.

Fig.46 – Linha piezométrica entre Abelheira e Escariz

Representa-se, simultaneamente, o perfil longitudinal da conduta adutora e a linha piezomérica, verificando-se que esta não intersecta a conduta em nenhum dos seus pontos altos, ficando este em concordância com a instalação do novo ponto de entrega.

Numa análise mais detalhada observa-se que, para o pico de caudal de 58 l/s verificado na simulação, a pressão mínima nunca é inferior 8 mca., ao mesmo tempo a perda de carga unitária verificada é reduzida, 0.84 metro por quilómetro. Isto leva-nos a pensar que pode ser realizado ainda um maior aproveitamento da capacidade da adutora.


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Vai-se então simular uma situação limite para a pressão no nó condicionante (6371CV070). Como se verificou anteriormente a pressão mínima instalada era de aproximadamente 8 mc.a., pelo que ainda podemos baixar este valor, sendo o valor mínimo a considerar de 3 mc.a. No entanto, por questões de segurança e de incerteza no que diz respeito à cota de soleira da conduta, considerou-se uma pressão mínima de 5 m.c.a. Na Fig.47 apresenta-se a piezométrica na adutora Abelheira – Escariz para um caudal de 84 l/s.

Fig.47 – Linha piezométrica entre Abelheira e Escariz (2)

Como se pode observar na hora mais crítica, para um pico de caudal de 84 l/s, o valor mínimo de pressão é 5 mca. Na verdade, este pico de caudal obtido corresponde a um consumo médio diário de aproximadamente 2000 m³ na nova entrega que juntamente, com os 3000 m³ de abastecimento a Provizende, completam a máxima capacidade de elevação em São Vicente de Louredo, com bombagem durante as 24 horas diárias. Estes valores permitem concluir que o nível de consumo da nova entrega está limitada não pelas baixas pressões na adutora, mas sim pela capacidade de elevação em São Vicente de Louredo.

É importante dizer que esta análise parte do pressuposto que para níveis de consumo inferiores não são atingidos picos de caudal superiores a 85 l/s.

Agora é necessário verificar se para as menores pressões estão garantidas a cotas mínimas de entrada nos reservatórios. O Quadro 19 apresenta um resumo dos pontos a montante de cada reservatório.


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Quadro 19 – Pressão à chegada aos reservatórios

Nó Pressão (mca)

Carga Hidráulica (mca)

Reservatório Associado

Cota de Entrada

(m) Instante

6340CV210 6.2 153.2 Lagoa 153.2 12:45 h

6342CV080 7.2 221.2 Seixo Alvo 220.8 12:45 h

6344CV030 8.0 265.6 Alto Marquinho 264.7 12:45 h

6349CV292 7.3 247.2 Ramil 245.5 1:30 h

6365CV90 49.2 249.1 Mozelos 204.7 35:15 h

6346CV211 31.9 238.9 S. Vic.Louredo 211.0 35:15 h

6369CV050 6.2 306.2 Guizande 306.2 12:30 h

6348CV131 4.0 467.0 Abelheira 467.0 12:30 h

6371CV121 15.7 560.7 Escariz 547.6 12:30 h

6372CV101 3.3 708.3 Provizende 708.3 12:30 h

6373CV221 4.0 508.0 Moldes 507.0 29:00 h

A pressão nalguns pontos, revela valores baixos que correspondem ao mínimo necessário para atingir a cota de entrada de água no reservatório. Estes valores são influenciados e controlados pelas válvulas altimétricas à entrada das células que garantem que a entrada de água apenas acontece se a pressão disponível for igual ou superior ao nível da entrada de água.

6.2.4. VELOCIDADE DE ESCOAMENTO

Considerando o “Regulamento geral dos sistemas públicos e prediais de distribuição de água e de drenagem de águas residuais”, aprovado pelo Decreto Regulamentar n.º 23/95, de 23 de Agosto, a velocidade de escoamento para o caudal de ponta no horizonte de projecto não deve exceder o valor calculado pela expressão:

1

onde,

V: velocidade limite (m/s);

D: diâmetro interno da tubagem (mm).


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É importante referir que esta fórmula serve apenas de orientação para a fixação das velocidades máximas porque este regulamento não se aplica às condutas de adução.

O único caso relevante e onde é excedido o valor de velocidade máxima é na adutora de abastecimento a Moldes, que apresenta uma velocidade máxima de 1.85 m/s. O valor máximo para esta conduta de 125 mm deveria ser 0.88 m/s. De uma forma global, verificou-se que o escoamento no sistema se processa em média com velocidades da ordem de 1 m/s, estando em concordância com a solução projectada.

Fig.48 – Velocidade de escoamento no sistema

A velocidade de escoamento é determinante no que respeita à qualidade da água, isto é, num sistema com velocidade de escoamento reduzidas, a água demora mais tempo a chegar ao destino, o que acarreta implicações no envelhecimento da água e no decaimento do cloro.


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QUALIDADE

Os modelos de comportamento de parâmetros de qualidade da água que integram a generalidade dos programas de modelação de sistemas de abastecimento simula o movimento e transformação de substâncias físico-químicas ou bioquímicas que possam considerar-se como estando em solução com a água (Coelho, 1997)

Segundo Coelho, os modelos simulam três processos. Dois deles estão relacionados com o movimento da água e consequentemente governados pela hidráulica do sistema: a convecção ao longo das condutas e a mistura nos nós de junção. O terceiro processo, que afecta substâncias não conservativas, é o efeito conjunto da transformação inerente ao contacto e permanência dessa substância na água que circula no sistema, e que se pode dever a reacções com ela própria, com a água e com outras substâncias nela presentes, e com o material que compõem as paredes de condutas e órgãos de armazenamento. O processo de transformação pode resultar em decaimento, crescimento ou transformação noutra substância.

Os resultados obtidos ao nível da qualidade da água foram inicialmente analisados no que se refere ao tempo de percurso.

7.1. TEMPO DE PERCURSO

O tempo de percurso permite um ganho de sensibilidade no funcionamento hidráulico do sistema, incluindo a percepção dos caminhos preferenciais, das zonas de menor movimento ou de estagnação, e das zonas em que poderá ser mais ou menos significativo, por exemplo, colher amostras para controlo de qualidade da água.

Esta variável constitui um dos parâmetros fundamentais para a análise de qualidade da água deste tipo de sistemas, sendo que apenas depende das características hidráulicas da rede e não requer a introdução de parâmetros adicionais.

Do ponto de vista qualitativo também será importante perceber o funcionamento do sistema em baixo e alto consumo. Na verdade, a variação dos caudais tem repercussões na velocidade do escoamento que directamente condiciona o tempo de percurso da água e consequentemente o envelhecimento da água.


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7.1.1. ALTO CONSUMO

Neste capítulo é analisado o sistema em alto consumo onde consequentemente os tempos de percurso serão inferiores. A Fig.49 mostra os intervalos de tempo necessário para a água percorrer o sistema adutor em estudo. É possível observar o tempo que a água necessita para percorrer o sistema desde a sua origem até aos diversos reservatórios principais.

Fig.49 – Tempos de percurso da água até aos diversos reservatórios


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O ponto mais distante da rede é o reservatório de Moldes, consequentemente o tempo máximo de percurso são as 47 horas que a água demora a percorrer toda a rede até este reservatório. Este valor diz-nos também que só deverão ser considerados significativos em toda a rede os resultados de simulação obtidos para o terceiro dia e seguintes, embora a maior parte da rede possa atingir o estado cíclico muito antes disso.

Para além de se conseguir quantificar a variável que maior influência tem na qualidade da água que é distribuída e se ter uma percepção mais real do comportamento do sistema adutor, o modelo torna-se numa ferramenta que permite identificar os pontos críticos da rede e consequentemente permite a tomada de decisão sustentada sobre a escolha dos pontos de amostragem.

7.1.2. BAIXO CONSUMO

Analisando agora a idade da água para níveis mínimos de consumo verifica-se rapidamente que a correspondente velocidade reduzida do escoamento se traduz no elevado tempo que uma partícula de água demora a percorrer o sistema. Na Fig.50 e Fig.51 pode-se observar o tempo que a água necessita para percorrer o sistema desde a sua origem até aos diversos reservatórios principais.

Fig.50 – Tempos de percurso da água até aos diversos reservatórios (baixo consumo)


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Fig.51 – Tempos de percurso da água até aos diversos reservatórios (baixo consumo2)

Como é possível observar, a simulação de 120 horas não foi suficiente para a água percorrer todo o sistema. Desta feita foi necessário aumentar o tempo de simulação para 288 horas (12 dias), verificando-se que no ponto mais distante, Moldes, a água necessitou de 131 horas para percorrer o sistema desde a origem até ao reservatório em questão. Comparativamente, conclui-se que uma partícula de água em consumo baixo, para chegar ao ponto mais distante, demora mais 84 horas que sistema em alta carga. É interessante notar também, que embora o reservatório de Lagoa esteja mais próximo da origem do sistema, a água chega mais rapidamente a Seixo Alvo e até a Alto Marquinho, o qual se encontra 1500 metros depois de Lagoa.

Observa-se que a água demora aproximadamente menos 10 horas a chegar a Seixo Alvo e a Alto Marquinho que a Lagoa, situação possível devido às velocidades de escoamento em questão. O enorme diâmetro da conduta que eleva a água para Lagoa, 1 800 mm, faz com que a velocidade de escoamento seja muito mais reduzida que nas adutoras de Lever – Seixo Alvo e Seixo Alvo – Alto Marquinho. De acordo com os resultados obtidos, a ocorrência de grandes tempos de percurso implicam forçosamente menor qualidade da água distribuída. Desta forma é importante perceber que implicações estes resultados trazem no decaimento cloro e na qualidade da água.

7.2. CLORO

O módulo de simulação de qualidade da água do EPANET permite prever o crescimento ou decaimento de diferentes substâncias ao longo da rede devido a reacções entre espécies químicas presentes na água. Estas reacções podem ocorrer no seio do escoamento ou no contacto com as paredes das tubagens ou dos reservatórios de nível variável.


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Internamente, o EPANET trata a idade como um constituinte reactivo que segue uma lei cinética de crescimento de ordem zero. No caso do decaimento do cloro residual foi considerada uma lei cinética de primeira ordem. O modelo de 1.ª ordem, onde a velocidade da reacção é proporcional à concentração de cloro, é o de maior simplicidade e o tradicionalmente usado nos modelos de simulação, atendendo à seguinte equação:

2

em que,

C: concentração no instante t; Cо: concentração no instante inicial; k: constante cinética; t: tempo.

De forma a encontrar a equação de 1ª ordem que melhor traduza o decaimento de cloro no sistema adutor em estudo, efectuou-se uma pequena calibração no que diz respeito à regra de decaimento do cloro residual. No entanto, os melhores modelos de qualidade de sistemas de abastecimento apresentam-se quando existe um profundo conhecimento das transformações e reacções de substâncias físico-químicas ou bioquímicas com a água e com as infraestruturas envolventes. Neste sentido, o modelo de qualidade apresentado carece de um estudo mais aprofundado de forma a permitir a afinação e calibração sustentada do sistema adutor. Desta maneira, não querendo deixar de abordar este tema, e de certo modo fornecer um incentivo à exploração de modelos de qualidade e mostrar as potencialidades inerentes a este, efectuou-se uma pequena análise ao sistema adutor da AdDP.

Através da consulta de alguns registos de leituras da concentração de cloro em determinados pontos da rede, foi estudada uma aproximação dos valores verificados no simulador de qualidade às leituras efectuadas pela AdDP, da qual se estimou o coeficiente de decaimento de cloro e o coeficiente de parede, Kd= - 0.5 /dia e Kp= - 0.05 /dia, respectivamente.

No caso estudado, de um sistema de adução com dimensão considerável, em que a água viaja grandes extensões e onde existem reservatórios de grande capacidade, os tempos de percurso são elevados, podendo facilmente atingir vários dias conforme foi mostrado anteriormente. Este efeito será particularmente sentido quando o sistema se encontra com níveis baixos de consumos. A caudais inferiores corresponderão velocidades de escoamento menores e consequentemente maiores tempos de percurso. No sistema estudado da Águas do Douro e Paiva, devido à sua elevada extensão não é viável a existência de uma única cloragem, de forma que em Seixo Alvo, Abelheira e Escariz os valores de cloro residual são repostos a níveis adequados.

A qualidade inicial da água foi introduzida no nó representativo da ETA de Lever, tendo sido estimado um valor de concentração de cloro residual livre à saída da ETA de 1.0 mg/l. As recloragens em Seixo Alvo, Abelheira e Escariz foram especificadas como pontos de reforço de concentração “Setpoint Booster” em que se estabelece uma concentração fixa.

Considerando o valor de cloro residual livre à saída da ETA de 1.0 mg/l e recloragens em Seixo Alvo, Abelheira e Escariz, de forma a restabelecer os níveis de concentração de cloro para 1.0 mg/l, 0.7 mg/l e 1.0 mg/l respectivamente, obtiveram-se os resultados apresentados no conjunto da Fig.52 com uma evolução sequencial.


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Fig.52 – Evolução temporal da concentração de cloro residual na rede


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Antes de mais é importante referir que o cenário estudado retrata o funcionamento do sistema na sua vertente de baixo consumo o que provoca baixas concentrações de cloro residual em determinadas condutas. De forma a identificar os valores exactos envolvidos apresenta-se no Quadro 20 os valores máximos e mínimos da concentração de cloro à chegada a cada reservatório.

Quadro 20 – Concentrações de cloro residual livre no sistema adutor a montante dos reservatórios

Reservatório Concentração máxima mg/l

Concentração mínima mg/l

Lagoa 0.95 0.69

Seixo Alvo (1mg/l) 0.97 0.90

Alto Marquinho 0.94 0.72

Ramil 0.58 0.44

Mozelos 0.23 0.17

S. Vic.Louredo 0.52 0.38

Guizande 0.20 0.15

Abelheira (0.7mg/l) 0.24 0.16

Escariz (1mg/l) 0.37 0.28

Provizende 0.80 0.45

Moldes 0.38 0.30

Conforme recomendações do Instituto Regulador de Águas e Resíduos relativas a planos de segurança em sistemas públicos de abastecimento de água para consumo humano, um sistema adutor deve ser capaz de garantir os valores de cloro residual numa gama adequada entre os 0,3 e 0,8mg/l. Desta forma percebe-se que numa situação limite de baixo consumo o sistema não consegue responder a essas exigências, pois é notório que as condições de entrega a Mozelos, Guizande e Abelheira não são satisfatórias.

Uma alternativa será então não fazer um reforço de cloragem em Abelheira mas sim em São Vicente de Louredo. Mozelos encontra-se noutra derivação a montante, logo não será afectado por esta nova recloragem, de modo que a correcção da concentração de cloro terá que ser feita no próprio reservatório. Apresenta-se os valores para a recloragem em São Vicente de Louredo a um nível de concentração de 0.9 mg/l no Quadro 21.


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Quadro 21 – Concentrações de cloro residual livre no sistema adutor a montante dos reservatórios (correcção)

Reservatório Concentração máxima mg/l

Concentração mínima mg/l

Lagoa 0.95 0.69

Seixo Alvo (1mg/l) 0.97 0.90

Alto Marquinho 0.94 0.72

Ramil 0.58 0.44

Mozelos 0.23 0.17

S. Vic.Louredo (0.9mg/l) 0.52 0.38

Guizande 0.41 0.30

Abelheira 0.48 0.34

Escariz (1mg/l) 0.25 0.18

Provizende 0.75 0.60

Moldes 0.38 0.30

Assim, retirando a recloragem em Abelheira e fazendo-a em São Vicente de Louredo consegue-se uma melhor distribuição das concentrações de cloro na rede. Em Mozelos como já foi referido será necessário rectificar os níveis de entrega a jusante.


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CONCLUSÃO

O presente projecto teve como principal objectivo a modelação numérica de um sistema adutor de abastecimento de água, com recurso a um modelo matemático de simulação hidráulica. O modelo utilizado, EPANET, programa de simulação hidráulica e de qualidade, constituiu o principal instrumento de apoio ao desenvolvimento da modelação apresentada.

O recurso ao simulador EPANET, desenvolvido pela USEPA – United States Environmental Protection Agency, largamente difundido na comunidade cientifica, e com aplicações concretas na vertente da gestão de sistemas de abastecimento de água, constitui uma ferramenta robusta e perfeitamente adequada às necessidades actuais da simulação.

A investigação na área de modelação hidráulica permitiu assim a criação de um modelo adaptado à realidade do caso de estudo. Na necessidade do desenvolvimento de um modelo numérico de um sistema adutor, a empresa Águas do Douro e Paiva, propôs a integração de parte do seu sistema como caso de estudo no projecto previsto. Deste modo, o trabalho apresentado descreve os principais aspectos referentes à modelação numérica de uma parte do sistema adutor Sul das Águas do Douro e Paiva. Para além dos benefícios directos associados à analise dos sistemas e ao suporte à decisão em problemas de engenharia, a experiência tem demonstrado que o correcto desenvolvimento e utilização de modelos potenciam melhorias na qualidade geral da informação disponível sobre os sistemas e na articulação dos diversos sectores técnicos da entidade gestora.

Uma detalhada análise e recolha de dados para caracterização do sistema adutor, introdução de dados de base, características hidráulicas, parâmetros de qualidade da água e descrição do funcionamento do sistema de abastecimento, revelaram-se peças fundamentais para a construção de um modelo eficaz para o utilizador.

A análise do sistema adutor efectua-se com base na perspectiva de optimização do sistema de abastecimento ao nível do seu desempenho e fiabilidade para os diferentes cenários em estudo. A exploração destes foi determinante para o desenvolvimento de todo o processo posterior relativo a análise hidráulica, a qualidade da água e optimização do sistema.

A simulação foi efectuada em período alargado de 5 dias (120 horas), em que o padrão de consumo respectivo a cada ponto de entrega é repetido no início de cada intervalo de 24 horas. Foram simulados dois cenários distintos.


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No cenário de baixo consumo, foi efectuada uma redução de 50% no consumo base do sistema num dia de funcionamento normal (dia 11 de Fevereiro de 2008). No cenário de alto consumo foi introduzido um novo ponto de entrega com consumo diário de 500 m³ e foram previstos os consumos futuros em cada ponto de entrega.

Na observação e comportamento dos diversos parâmetros hidráulicos é de salientar que as pressões na adutora elevatória São Vicente de Louredo – Abelheira se encontram no limite máximo de pressão. Na análise de alto consumo, para os níveis inicialmente propostos, conclui-se que o reservatório de Seixo Alvo não tem capacidade suficiente, da mesma forma que as estações elevatórias que o abastecem, em funcionamento constante, não satisfazem as necessidades propostas. Nesta medida, altera-se os consumos de forma a perceber a capacidade máxima destas duas infraestruturas, verificando-se que a entrega não pode exceder os 102 000 m³ diários, o que corresponde a um crescimento dos consumos em 25 % relativamente aos valores actuais.

No estudo de viabilidade da introdução no sistema de uma nova entrega, identificaram-se também algumas anomalias no funcionamento da rede adutora, fruto dos controlos operacionais do sistema não estarem preparados para tal. Desta forma foi necessário alterar o controlo de entrada de caudal em São Vicente de Louredo, corrigindo o valor actual de 43 l/s para 56 l/s.

A inviabilidade da concretização desta nova entrega passava principalmente pela existência de um conjunto de baixas pressões na adutora Abelheira – Escariz, que poderiam limitar o caudal transportado pela conduta devido aos excessos de perda de carga. No entanto verificou se que o diâmetro de 350 mm não provoca grandes perdas de carga, o que permite um maior aproveitamento da conduta. Deste modo, uma nova entrega de 500 m³ diários verificou-se um cenário possível, aliás, comprovou-se que o consumo desta entrega está limitado pela capacidade de elevação em São Vicente de Louredo e não pelas baixas pressões na adutora a montante. Também se observou que o consumo de Arouca pelo reservatório de Provizende não pode exceder os 3000 m³ diários, visto que este nível de consumo provoca o funcionamento constante (diário) do grupo electrobomba de Escariz.

Em forma de conclusão podemos dizer que a rede adutora Sul da AdDP para este nível de consumo se encontra muito perto da capacidade máxima de funcionamento. Salienta-se que esta capacidade máxima pode ser, em alguns casos, facilmente aumentada, através da alteração de frequência de funcionamento dos grupos ou da incorporação de novos grupos elevatórios nas instalações existentes.

O reservatório de Seixo Alvo, o abastecimento ao mesmo e a estação elevatória de Escariz, no que diz respeito à capacidade de entrega, são as infraestruturas de situação mais crítica. Nos restantes parâmetros analisados, verificou-se um desempenho do sistema de abastecimento adequado às condições previstas no projecto.

Do ponto de vista da qualidade da água no sistema, o modelo carece de alguma calibração. No entanto simulada uma situação de baixo consumo verificou-se a necessidade da alteração da recloragem em Abelheira para São Vicente de Louredo, com um reforço do nível de cloro para 0.9 mg/l. Esta alteração permite um melhor equilíbrio das recloragens da rede e uma melhor distribuição da concentração de cloro residual ao longo do sistema. Com base nestas considerações foi possível definir um conjunto de potencialidades do modelo.

Na vertente de modelação, salienta-se possibilidade da optimização do modo de operação dos grupos electrobomba instalados no sistema, a possibilidade de virem a ser modeladas diversas alternativas de modo a permitir a definição de estratégias de operação e exploração do sistema com valias nos campos da redução dos custos de energia, em função dos horários e dos regimes tarifários energéticos.


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Constitui uma grande vantagem em termos de registos provenientes de medidores de caudal, medidores de nível nos reservatórios e monitorização do estado de funcionamento dos equipamentos em cada instalação. Este sistema permitirá efectuar análises de tendências, a geração de relatórios estatísticos e de ocorrências por natureza e instalação, a geração de relatórios de controlo de consumo e custos energéticos, de relatórios de caudais para facturação, entre outros.

Conclui-se assim que o desenvolvimento de um modelo de simulação fiável é, tanto para a componente hidráulica como para a de qualidade da água, uma opção de fundo na gestão moderna e um sistema de abastecimento de água. A utilidade de um modelo de simulação, tanto para a correcta exploração dos sistemas na procura da garantia de satisfação das condições hidráulicas e qualidade ideais, como para o melhor planeamento das suas expansões e outras intervenções, é incontornável e claramente evidenciada ao longo deste estudo.

A complexidade usualmente associada aos sistemas de abastecimento, mais do que justificam o esforço de desenvolver uma ferramenta que traz múltiplos benefícios em quase todas as áreas da gestão técnica dos sistemas de abastecimento de água.


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BIBLIOGRAFIA

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CAETANO, R. A Empresa das águas do Douro e Paiva. Porto, 2007.

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http://www.addp.pt. (10-05-08)


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ANEXO A

DADOS DE CADASTRO


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Quadro A1 – Exemplo de tabela dos registos dos caudalímetros

Date Time Millitm TagIndex VOLUME m3 10-02-2008 00:00:25 992 62 45376,00000000 10-02-2008 00:07:49 820 62 45376,00000000 10-02-2008 00:17:49 820 62 45377,00000000 10-02-2008 00:27:49 836 62 45378,00000000 10-02-2008 00:37:49 898 62 45378,00000000 10-02-2008 00:47:49 914 62 45379,00000000 10-02-2008 00:57:49 945 62 45380,00000000 10-02-2008 01:07:50 8 62 45381,00000000 10-02-2008 01:17:50 86 62 45381,00000000 10-02-2008 01:27:50 101 62 45382,00000000 10-02-2008 01:37:50 117 62 45383,00000000 10-02-2008 01:47:50 117 62 45384,00000000 10-02-2008 01:57:50 133 62 45384,00000000 10-02-2008 02:07:50 148 62 45385,00000000 10-02-2008 02:17:50 148 62 45386,00000000 10-02-2008 02:27:50 164 62 45386,00000000 10-02-2008 02:37:50 180 62 45387,00000000 10-02-2008 02:47:50 242 62 45388,00000000 10-02-2008 02:57:50 258 62 45389,00000000 10-02-2008 03:07:50 273 62 45389,00000000 10-02-2008 03:17:50 273 62 45390,00000000 10-02-2008 03:27:51 445 62 45391,00000000 10-02-2008 03:37:51 461 62 45391,00000000 10-02-2008 03:47:51 476 62 45392,00000000 10-02-2008 03:57:51 492 62 45393,00000000 10-02-2008 04:07:51 508 62 45393,00000000 10-02-2008 04:17:51 523 62 45394,00000000 10-02-2008 04:27:51 586 62 45395,00000000 10-02-2008 04:37:51 601 62 45396,00000000 10-02-2008 04:47:51 664 62 45396,00000000 10-02-2008 04:57:51 680 62 45397,00000000 10-02-2008 05:07:51 742 62 45398,00000000 10-02-2008 05:17:51 758 62 45398,00000000 10-02-2008 05:27:51 984 62 45399,00000000 10-02-2008 05:37:52 77 62 45400,00000000 10-02-2008 05:47:52 140 62 45401,00000000 10-02-2008 05:57:52 156 62 45401,00000000 10-02-2008 06:07:52 171 62 45402,00000000 10-02-2008 06:17:52 171 62 45403,00000000 10-02-2008 06:27:52 202 62 45404,00000000 10-02-2008 06:37:52 218 62 45404,00000000 10-02-2008 06:47:52 218 62 45405,00000000 10-02-2008 06:57:52 234 62 45406,00000000 10-02-2008 07:07:52 312 62 45406,00000000 10-02-2008 07:17:52 312 62 45407,00000000 10-02-2008 07:27:52 327 62 45408,00000000 10-02-2008 07:37:52 343 62 45409,00000000


86

Quadro A2 – Exemplo de tabela dos registos dos níveis

Date Time Millitm TagIndex Value 10-02-2008 00:00:26 305 16 1,29579866 10-02-2008 00:02:59 586 16 1,29418695 10-02-2008 00:17:59 617 16 1,29418695 10-02-2008 00:32:59 664 16 1,29418695 10-02-2008 00:47:59 664 16 1,29418695 10-02-2008 01:02:59 664 16 1,29418695 10-02-2008 01:17:59 711 16 1,29418695 10-02-2008 01:32:59 773 16 1,29579866 10-02-2008 01:47:59 805 16 1,29418695 10-02-2008 02:02:59 851 16 1,29418695 10-02-2008 02:17:59 898 16 1,29579866 10-02-2008 02:32:59 945 16 1,29579866 10-02-2008 02:47:59 992 16 1,29418695 10-02-2008 03:03:00 39 16 1,29579866 10-02-2008 03:18:00 70 16 1,29418695 10-02-2008 03:33:00 555 16 1,29418695 10-02-2008 03:48:00 601 16 1,29418695 10-02-2008 04:03:00 664 16 1,29418695 10-02-2008 04:18:00 711 16 1,29257536 10-02-2008 04:33:00 742 16 1,29418695 10-02-2008 04:48:00 789 16 1,29418695 10-02-2008 05:03:00 789 16 1,29418695 10-02-2008 05:18:00 883 16 1,29579866 10-02-2008 05:33:01 93 16 1,29902208 10-02-2008 05:48:01 202 16 1,29902208 10-02-2008 06:03:01 249 16 1,29579866 10-02-2008 06:18:01 249 16 1,29579866 10-02-2008 06:33:01 312 16 1,29579866 10-02-2008 06:48:01 359 16 1,29579866 10-02-2008 07:03:01 406 16 1,29579866 10-02-2008 07:18:01 437 16 1,29418695 10-02-2008 07:33:01 484 16 1,29418695 10-02-2008 07:48:01 531 16 1,29418695 10-02-2008 08:03:01 577 16 1,29579866 10-02-2008 08:18:01 624 16 1,29418695 10-02-2008 08:33:01 671 16 1,29418695 10-02-2008 08:48:01 702 16 1,29418695 10-02-2008 09:03:01 765 16 1,29579866 10-02-2008 09:18:01 796 16 1,29418695 10-02-2008 09:33:01 906 16 1,29418695 10-02-2008 09:48:01 937 16 1,29579866 10-02-2008 10:03:01 984 16 1,29418695 10-02-2008 10:18:01 984 16 1,29579866 10-02-2008 10:33:02 31 16 1,29579866 10-02-2008 10:48:02 77 16 1,29579866 10-02-2008 11:03:02 124 16 1,29579866 10-02-2008 11:18:02 171 16 1,29579866


87

Quadro A3 – Exemplo de tabela de características das adutoras

Características de Troço de Adutoras

Código de Localização Desigação do Subsector DN

(mm) Comprimento

(m) Material Regime de Escoamento

LEVER SUL

6345TA001 Adutora Alto Marquinho-Tourão 800 51,22 FFD Gravítico



6346TA001 Adutora Tourão-S.Vicente de Louredo 350 490,37 FFD Gravítico





















6348TA001 Adutora S.Vicente de Louredo-Abelheira 200 653,12 FFD Elevatório












88

Fig.A1 – Exemplo de tabela de características dos reservatórios

Fig.A3 – Exemplo de tabela de características das estações elevatórias

Fig.A4 – Exemplo de tabela de características das ETA’s


89

ANEXO B

CONTROLOS OPERACIONAIS


90


91

rule 01

if tank Res.Abelheira1 level < 0.3

or tank Res.Abelheira2 level < 0.3

then pump B_ROSSIO status is closed

priority 10

rule 02

if tank Res.Rossio level >= 1.40

then pump B_ROSSIO status is closed

priority 10

rule 03

if tank Res.Rossio level < 0.40

then pump B_ROSSIO status is open

priority 10

rule 10

if tank Res.Escariz1 level < 0.3

or tank Res.Escariz2 level < 0.3

then pump B_ESC1 status is closed

and pump B_ESC2 status is closed

priority 10

rule 11

if tank Res.Provizende1 level >= 3.00

or tank Res.Provizende2 level >= 3.00



priority 10

rule 12

if tank Res.Provizende1 level < 1.00

or tank Res.Provizende2 level < 1.00


and pump B_ESC2 status is open

priority 10

rule 13




92

and system clocktime >= 1:00

and system clocktime < 4:00



priority 9

rule 14







priority 8

rule 15







priority 8

rule 16

if system clocktime >= 8:00




priority 5

rule 17





priority 5

rule 20

if tank Res.Alto.Marq1 level < 0.3

or tank Res.Alto.Marq2 level < 0.3


93

then pump B_SV1 status is closed

and pump B_SV2 status is closed

priority 10

rule 21

if tank Res.Abelheira1 level >= 3.40

or tank Res.Abelheira2 level >= 3.40



priority 10

rule 22

if tank Res.Abelheira1 level < 1.50

or tank Res.Abelheira2 level < 1.50

then pump B_SV1 status is open


priority 10

rule 23







priority 9

rule 24







priority 8

rule 25






94



priority 8

rule 26





priority 5

rule 27





priority 5

rule 30

if tank Res.Guizande level < 0.3

then pump B_GUIZ1 status is closed

priority 10

rule 31

if tank Res.Guizande level >= 5.3


priority 10

rule 32


then pump B_GUIZ1 status is open

priority 10

rule 33





priority 8


95

rule 34





priority 8

rule 35




priority 5

rule 36




priority 5

rule 40

if tank Res.SAlvo1 level < 0.3

or tank Res.SAlvo2 level < 0.3

then pump B_SALVO1 status is closed

and pump B_SALVO2 status is closed

priority 10

rule 41

if tank Res.Alto.Marq1 level >= 7.50

or tank Res.Alto.Marq2 level >= 7.50



priority 10

rule 42



then pump B_SALVO1 status is open

and pump B_SALVO2 status is open

priority 10


96

rule 43







priority 8

rule 44




priority 8

rule 45







priority 8

rule 46







priority 8

rule 47




priority 8

rule 48



97






priority 8

rule 49





priority 5

rule 50





priority 5

rule 51

if tank Res.Alto.Marq1 level >= 5.00

or tank Res.Alto.Marq2 level >= 5.00


priority 5

rule 60

if tank Res.Lagoa1 level >= 5.50

or tank Res.Lagoa2 level >= 5.50

then pump B_ETA4 status is closed

and pump B_ETA5 status is closed

priority 10

rule 61

if tank Res.Lagoa1 level < 1.50

or tank Res.Lagoa2 level < 1.50

then pump B_ETA4 status is open

and pump B_ETA5 status is open

priority 10


98

rule 62







priority 8

rule 63






priority 8

rule 64





priority 5

rule 65





priority 5

rule 66

if tank Res.Lagoa1 level >= 3.00

or tank Res.Lagoa2 level >= 3.00


priority 5

rule 67





99

priority 6

rule 68




priority 8

rule 70

if tank Res.SAlvo1 level >= 6.50

or tank Res.SAlvo2 level >= 6.50



priority 10

rule 71





priority 10

rule 72




priority 9

rule 73







priority 8

rule 74





100




priority 8

rule 75





priority 5

rule 76





priority 5

rule 77




priority 5

rule 78




priority 6

rule 79




priority 8

rule 80



then pump B_LAGOA1 status is closed


101

and pump B_LAGOA2 status is closed

priority 10

rule 81



then pump B_LAGOA1 status is open

and pump B_LAGOA2 status is open

priority 10

rule 82



then pump B_LAGOA2 status is closed

priority 5

rule 90

if tank Res.Escariz1 level >= 2.3

or tank Res.Escariz2 level >= 2.3

then valve VRC_ESC_1 status is closed

priority 10

rule 91

if tank Res.Escariz1 level < 2

or tank Res.Escariz2 level < 2

then valve VRC_ESC_1 status is active

and valve VRC_ESC_1 setting is 34

priority 10

rule 92

if tank Res.S.Vicente1 level >= 3.6

or tank Res.S.Vicente2 level >= 3.6

then valve VRC_SVICL_1 status is closed

priority 10

rule 93

if tank Res.S.Vicente1 level < 3.4

or tank Res.S.Vicente2 level < 3.4

then valve VRC_SVICL_1 status is active

and valve VRC_SVICL_1 setting is 43.5

priority 10

42412

Documents

Transcript of 42412