Assessment of hydraulic transients through indicators in an integrated water supply network

Abstract

Resumo: O principal objetivo deste estudo é a análise de 14 indicadores de transitórios hidráulicos para sistemas distintos de distribuição de água, a fim de avaliar a potencial sensibilidade de eventos de surtos transitórios para representações de topologias reais distintas. Este estudo visou entender como os fenômenos de inércia e compressibilidade são potencialmente relevantes para determinar estratégias de proteção a fim de atenuar eventos transitórios e diminuir o risco de ruptura de tubulação por elevação e/ou excesso de pressão, contribuindo para a redução de perda e consequentemente demanda e captação de água. Um total de 208 cenários de três sistemas de distribuição de água, na Região Metropolitana de Curitiba, no Parana, Brasil: RVAM, GAAV e GEAV, foram considerados e depois comparados com os 14 indicadores de transitórios hidráulicos. O cálculo dos indicadores possibilitou a análise de sensibilidade da variação de: celeridade, fluxo, número de junção, diferentes dispositivos de proteção e zonas de pressão, e provou a forte necessidade deste estudo nos sistemas brasileiros. O estudo de diferentes zonas de pressão (RVAM, GAAV e GEAV) indicou que o risco não é um caso isolado no sistema de distribuição, mas comum e frequentemente. Os diferentes materiais provaram a forte influência da celeridade durante a simulação. Enquanto os materiais plásticos (PVC e HDPE) apresentaram resultados semelhantes, o ferro dúctil apresentou resultados bastante diferentes e complicados. A análise transitória de sistemas esqueletizados e completos provou a imprecisão e o perigo de esqueletização do modelo, pois pode sub ou superestimar os resultados.

Abstract: The main objective of this study is the analysis of 14 hydraulic transient indicators for distinct water distribution systems, in order to assess potential sensitiveness of surge events under real distinct topology representation. This study is to understand how inertia and compressibility phenomena are potentially relevant to determine protection strategies for attenuating transient events, and to decrease the risk of pipe breakage by uplift and/or excess pressure, contributing in the reduction of loss and consequently demand and uptake. Total 208 scenarios of three WDS in Metropolitan Region of Curitiba, Parana, Brazil: RVAM, GAAV and GEAV has been considered and then compared with the 14 hydraulic transient indicators. The calculation of the transient indicators made possible sensitivity analysis of the variation of: celerity, flow, junction number, different protection devices and pressure zones, and proved the strong need of this study in the Brazil's systems. The study of different pressure zones (RVAM, GAAV and GEAV) indicated that the risk isn't an isolate case in the WDS, but common and frequently. The different materials proved the strong influence of celerity during the simulation. While the plastic materials (PVC and HDPE) presented similar results, ductile iron presented quite different and complicate outputs.The hydraulic transient analysis of skeletonized and complete systems proved the inaccuracy and danger of model skeletonization, as it may under or over-estimating transient analysis.