Estudo vazamentos em condutos forçados utilizando CFD : fatores intervenientes e suas iterações

Abstract

No Brasil, em média 37% de toda água distribuída pelo sistema urbano de abastecimento é perdida através de diferentes tipos de vazamentos. Tubulações com vazamentos em Sistemas de Distribuição de Água são responsáveis pelo aumento no custo da energia além de fragilizar o sistema com a intrusão de contaminantes causando problemas de saúde pública. Diversos autores estudaram os fatores relacionados aos vazamentos para predizer uma equação que descreva o volume de água perdido. Entretanto, não foi estudada a ordem de importância relativa e a interação entre esses fatores para que haja um melhor entendimento do assunto. Neste trabalho, utilizando a Fluidodinâmica Computacional, foram estudados os fatores: pressão, velocidade, forma da fissura, área da fissura e espessura da parede do duto em diferentes níveis, utilizando o planejamento fatorial para avaliar a resposta de vazão, coeficiente de vazamento, expoente de vazamento e coeficiente de descarga. Comprovou-se que a velocidade de entrada e espessura da parede do duto não altera significativamente as respostas analisadas. Além disso, a vazão descarregada é influenciada predominantemente pela pressão e área da fissura; o coeficiente de vazamento é predominantemente influenciado pela área, quando trata-se de diferentes fissuras, a forma é um fator determinante, e em se tratando de fissuras longitudinais o comprimento é o fator mais significativo; os fatores estudados não influenciaram significativamente o expoente de vazamento, exceto ao se tratar de fissuras circulares, onde a área altera este valor; e finalmente para o coeficiente de descarga o fator mais significativo foi a forma. O presente trabalho potencialmente contribui para a construção de modelos de predição do volume perdido por vazamentos em sistemas de abastecimento de água.

ABSTRACT - In Brazil, on average 37% of the water distributed by urban water systems is lost through different types of leaks. Pipelines with leaks in water distribution systems are responsible for an increase in the costs of energy and it may lead to public health problems related to intrusion of contaminants. Several authors have studied the factors related to leaks to be able to predict an equation that describes the amount of water lost through leakage. However, there is still a lack of studies regarding the order of relative importance and the interaction among these factors, in order to have a better understanding of the subject. In this work, with the application of Computational Fluid Dynamics, the following factors were studied: pressure, velocity, the shape of the fissure, the fissure area and the thickness of the pipe wall at different levels, flow response assessment through factorial design, leakage coefficient, leakage exponent, and leakage discharge coefficient. The studies showed that the input velocity and thickness of the pipe wall do not alter significantly the responses analyzed. Furthermore, the discharged flow is influenced primarily by the pressure and the fissure area; leakage coefficient is predominantly influenced by the area, when the fissures are different, the form is a determining factor, and in the case of longitudinal fissures, the length is the most significant factor. The factors studied did not influence the leakage exponent, except when the fissures were circular, where the area changes this value; and finally the fissure shape is the most significant factor for the leakage discharge coefficient. It is expected that this work will contribute for the establishment of models to predict water losses through leaks in water supply systems.