Entendendo o risco de descoloração como consequência de transientes hidráulicos

Agostinho, Mariele de Souza Parra; Fernandes, Cristovão Vicente Scapulatempo

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Sumário

Scientific/Technical Article • RBRH 29 • 2024 • https://doi.org/10.1590/2318-0331.292420240011 copiar

Entendendo o risco de descoloração como consequência de transientes hidráulicos

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Este artigo apresenta uma análise dos desafios associados ao gerenciamento do risco de descoloração e o impacto dos transientes hidráulicos na qualidade da água dentro dos sistemas de distribuição. Concentrando-se na Região Metropolitana de Curitiba, Paraná, Brasil, o estudo emprega uma metodologia abrangente que combina o Método das Características para simular transientes hidráulicos e o monitoramento em tempo real de parâmetros de qualidade da água, como os níveis de turbidez e cloro. É proposto um quadro para o gerenciamento do risco de alteração de qualidade da água, destacando estratégias para identificar causas potenciais, avaliar a severidade do risco, desenvolver estratégias de prevenção e mitigação e implementar processos de melhoria contínua. A seção experimental detalha o impacto dos eventos transientes hidráulicos na qualidade da água, com achados significativos indicando uma correlação direta entre a dinâmica do fluxo e a degradação da qualidade da água, particularmente em termos de aumento da turbidez e diminuição dos níveis de cloro durante a desativação das bombas. O estudo contribui com insights valiosos para o gerenciamento eficaz de sistemas de distribuição de água, enfatizando a importância de técnicas avançadas de monitoramento e gerenciamento de riscos para manter padrões elevados de qualidade da água.

Palavras-chave:
Sistema real; Transiente hidráulico; Turbidez; Água potável; Gestão de riscos

CAMPAIGN	PROCEDURE	CONDITIONS
1ª	Operational Procedure: Start – Shut down	10 minutes between starts.
1ª	Operational Procedure: Start – Shut down	Start: pump OFF
2ª	Shut down – Start – Shut down – Start	4 minutes between starts.
2ª	Shut down – Start – Shut down – Start	Start: pump ON
3ª	Shut down – Start – Shut down	4 minutes between starts.
3ª	Shut down – Start – Shut down	Start: pump ON
4ª	Shut down – Start – Shut down	4 minutes between starts.
4ª	Shut down – Start – Shut down	Start: pump ON

a					b
Risk	Index	Author	Code	Definitions of variables	Case study
Risk assessment associated with negative pressure	Intrusion potential	Friedman et al. (2004)Friedman, M. L., Radder, S., Harrison, D., Howie, M., Britton, G., Boyd, H., Wang, R., Gullick, M., LeChevallier, D., Wood, D., & Funk, J. (2004). Verification and control of low pressure transients in distribution systems. Denver: American Water Works Association.	C1	Number of junctions with pressure < 0 mH2O	92
	Intrusion potential	Friedman et al. (2004)Friedman, M. L., Radder, S., Harrison, D., Howie, M., Britton, G., Boyd, H., Wang, R., Gullick, M., LeChevallier, D., Wood, D., & Funk, J. (2004). Verification and control of low pressure transients in distribution systems. Denver: American Water Works Association. adapted	C2	% of junctions with pres.< 0 mH2O	97.9%
	Cavitation		C3	Number of junctions with vacuum pressure	85
	Cavitation		C4	Total time cavitation	69s
	Severity of cavity index	Martin (1983)Martin, C. S. (1983). Experimental investigation of column separation with rapid closure of downstream valve. In Proceedings of the 4th International Conference on Pressure Surges. Bath: British Hydromechanics Research Association (BHRA).	C5	$S = \frac{T_{S C} a}{2 L}$	9.3
	Severity of cavity index		C5	S=severity of cavity index; a=celerity; TSC=duration when cavity occurs; L=length	9.3
	Surge Damage potential factor (SPDF)	Jung & Karney (2011)Jung, B., & Karney, B. (2011). Pressure surge analysis of pumping stations for water distribution systems. Journal of Hydraulic Engineering, 137(2), 175-182. adapted.	C6	$S P D F^{- =} \frac{\int_{i e N_{n o d e}} H_{i} d t}{junctions}$	-443.08
			C6	Hi = pressure < Hmin (allowable pressure)	-443.08
Risk assessment associated with positive pressure			C7	$S P D F^{+} = \frac{\int_{i e N_{node}} H_{i} d t}{junctions}$	2.88
Risk assessment associated with positive pressure			C7	Hi = pressure > Hmax (allowable pressure)	2.88
Risk assessment associated with negative and positive pressure			C8	$S P D F = \frac{\int_{i e N_{node}} H_{i} d t}{junctions}$	-440.19
			C8	Hi > Hmax or <Hmin	-440.19
	Δ pressure	Jung & Karney (2006)Jung, B., & Karney, B. (2006). Hydraulic transient guidelines for protecting water distribution systems. Journal of Water Management Modeling, R246-09. adapted	C9	ΔP = Hmax - Hmin	281
	Hmax		C10	Minimum Pressure	-10
	Hmin		C11	Maximum Pressure	271
	Positive and negative transient risk index	Radulj (2009)Radulj, D. (2009). Assessing the hydraulic transient performance of water and wastewater systems using field and numerical modeling data. (Master’s thesis). University of Toronto, Toronto. adapted	C12	$T R I^{+} = \frac{\int_{0} T^{+ P_{\max} d t}}{junctions}$	99.82
	Positive and negative transient risk index		C13	$T R I^{-} = \frac{\int_{0} T^{- P_{\max} d t}}{junctions}$	-9.52
Risk assessment associated with rapid change of pressure	Damage index	Shinozuka & Dong (2005)Shinozuka, M., & Dong, X. (2005). Monitoring and management of water supply systems. In 4th Korea Infrastructure Safety and Technology Corporation (KISTEC) International Seminar on Safety of Infrastructures. Jakarta: KISTEC.	C14	$D = \frac{H_{2} - H_{1}}{t_{2} - t_{1}}$	-86.8
Risk assessment associated with rapid change of pressure	Damage index		C14	D = damage index; H2 and H1 = pressure heads at a node at time t1 and t2, respectively	-86.8

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