Dimensionamento ótimo de dispositivos de proteção contra transientes hidráulicos em adutoras por bombeamento

Abstract

O transiente hidráulico num sistema de distribuição de água pode provocar rompimento ou colapso das tubulações. Uma das maneiras de amparar sistemas hidráulicos é mediante a utilização de dispositivos de proteção. Assim, deve-se atentar ao dimensionamento adequado deles diante da proteção e de seus custos, já que estes dispositivos influenciam diretamente no custo total do sistema. Neste trabalho, foi desenvolvida uma rotina computacional para a otimização da escolha de dispositivos de proteção através de algoritmo genético multiobjetivo, além de um simulador hidráulico com diferentes dispositivos de proteção contra os regimes transientes gerados por desligamento brusco de bomba. O simulador hidráulico foi acoplado a um método de otimização (algoritmo genético multiobjetivo) a fim de dimensionar os dispositivos considerando mais de uma função objetivo na busca. Os modelos desenvolvidos foram aplicados ao sistema existente da EEAT Mestre D’Armas, localizada em Brasília-DF. Utilizou-se o Método das Características para a simulação hidráulica e diferentes condições de contorno. Para a otimização, dois algoritmos genéticos foram utilizados: NSGA-II e NSGA-III. Além disso, dois cenários com diferentes combinações de dispositivos de proteção, duas e quatro funções objetivo foram considerados. Os resultados indicaram a eficácia de ambos os algoritmos de otimização em busca de soluções ótimas que atendem adequadamente às necessidades das adutoras diante de transientes hidráulicos, pois apresentam soluções que atendem as restrições do problema. No entanto, o algoritmo NSGA III proporcionou soluções mais diversas para as análises deste estudo. Além disso, a pressão mínima é o parâmetro mais influente nas simulações, o Reservatório Hidropneumático (RHO) mostrou-se como o equipamento principal na proteção do sistema combatendo sobrepressões e subpressões, tanto as ventosas quanto o Tanque de Alimentação Unidirecional (TAU) atuam satisfatoriamente junto com o RHO no combate às subpressões, além de possuírem níveis equiparados de atuação neste sistema. Ademais, se garantir a estanqueidade e o funcionamento adequado da adutora de água, pressões ligeiramente negativas não afetarão o desempenho e a segurança do sistema, o que permite a redução significativa do volume do RHO, e consequentemente, soluções menos custosas. O sistema real possui um arranjo de dispositivos que o protege satisfatoriamente.