A estimativa do estado atual de um sistema de distribuição de água baseado em modelos digitais e medições observadas e a estimativa do estado do sistema no futuro ou sob diferentes condições foi feita no passado sob diferentes nomes (com diferentes níveis de aproximações). Nos últimos dois anos, evoluiu para o nome de Gêmeos Digitais (o que é provavelmente um nome melhor, tirado da aplicação anterior de conceitos similares em outras indústrias). Não importa o nome adotado, o problema ainda é o mesmo: como a concessionária pode saber qual é o estado atual da rede de água e como ela "se comportará" se algumas condições forem alteradas? E o que não é menos importante: por que eles precisam saber disso e como isso ajuda a melhorar o processo de criação de valor da concessionária? O tópico é muito amplo para tratá-lo em um único posto e será mais acessível concentrar-se no que poderia ser considerado um dos núcleos de qualquer gêmeo digital para redes de água: o modelo hidráulico, especificamente para o caso da análise da qualidade da água. Existem softwares comerciais com interfaces gráficas de usuário muito boas para modelagem de redes de água, mas seus cálculos estão basicamente reproduzindo (ou utilizando diretamente) as idéias da EPANET desenvolvidas há mais de 20 anos. Não seria errado dizer que EPANET é a base de software mais utilizada para a análise da qualidade da água e é por isso que o tomaremos como ponto de referência para explicar problemas com a reprodução da avaliação da qualidade da água em um gêmeo digital. Um simples exemplo prático de cálculo da idade da água será usado e, para simplificar o problema, nenhuma consideração será feita em relação à mistura completa/incompleta nos nós e o modelo para estimar demandas, pressão e vazões é assumido como perfeitamente calibrado com os dados de campo. Para simplificar, vamos utilizar os modelos de rede A e B da figura seguinte. O modelo B só difere do modelo A na adição do nó 5 no tubo R1-Nó 1. Note que o nó 5 não tem demanda, ele está apenas dividindo o tubo R1-Nó 1 do modelo A em dois tubos com comprimentos diferentes.  Figura 1: Modelos A e B Teoricamente, ambos os modelos devem ser totalmente equivalentes e a existência do nó 5 no modelo B não deve fazer qualquer influência na idade da água calculada nos nós 1, 2, 3 e 4 em comparação com o modelo A quando ambos os modelos estão funcionando sob as mesmas condições. Entretanto, se ambos os modelos forem executados diretamente na EPANET, os resultados obtidos no final da simulação serão surpreendentemente diferentes. Comparando a idade da água obtida no Nó 1 para os modelos A e B Comparando a idade da água obtida no Nó 1 para os modelos A e B Resultado da idade da água para os nós 1 e 2 no final da simulação do modelo A Resultado da idade da água para os nós 1 e 2 no final da simulação do modelo A Figura 2: Resultados dos modelos A e B Por que isso acontece? Os modelos são realmente equivalentes? Há algum problema no algoritmo EPANET? Os modelos são realmente equivalentes e são incluídos como parte dos exemplos que vêm com a instalação do Water-Ing (um software para modelagem de redes de água). O algoritmo EPANET não é especificamente o problema, mas teria sido ótimo receber algum aviso do EPANET informando que a etapa de cálculo deve ser reduzida a fim de atender à condição de estabilidade do método de cálculo utilizado, caso contrário os resultados podem não ser "totalmente corretos". Por que tal advertência não foi incluída? Essa é uma pergunta muito boa, mas para este exemplo a realidade é que a redução da etapa de tempo utilizada para o cálculo do modelo B resolve o problema e os resultados são idênticos aos resultados obtidos no modelo A, como esperado. As próximas perguntas são: como perceber se a etapa de tempo deve ser reduzida? E caso deva ser reduzida, quanto devemos reduzi-la? Tanto quanto sabemos na EPANET, não há uma maneira direta, uma abordagem poderia ser executar um cálculo, reduzir a etapa de tempo, executar o cálculo novamente e comparar com o cálculo anterior. Se os resultados forem os mesmos para cada nó, então a etapa de tempo não deve ser reduzida. Caso contrário, continue reduzindo-a até atingir um valor onde os resultados do cálculo não mudem significativamente para os nós. E sim, será difícil de alcançar na EPANET com uma rede que tenha várias centenas de nós. O software Water-Ing, desenvolvido pela Ingeniousware estima internamente a etapa de tempo necessária para ser utilizada nos cálculos da qualidade da água e informa o usuário sobre ela sempre que o tempo definido no modelo não garante as condições de estabilidade dos cálculos. O software foi totalmente escrito em c# e apesar de seguir alguns dos princípios utilizados no EPANET, acrescenta várias melhorias em relação à mistura incompleta, multi-espécies e ao tratamento da etapa de tempo a ser utilizada. Há uma edição comunitária gratuita que pode ser usada gratuitamente e uma edição profissional acessível a 99,00 eur/ano para apoiar o desenvolvimento contínuo da aplicação, fornecendo também acesso ao código fonte do plugin entre outros recursos. Os próximos números representam os resultados obtidos em Water-Ing para os modelos A e B. Como esperado em ambos os casos, os resultados são os mesmos porque os modelos são totalmente equivalentes. Modelo A executado em Water-Ing Modelo B executado em Water-Ing A situação é diferente quando se usa outro pacote profissional de modelagem de água com um custo mais alto? Se você estiver usando Infoworks ou Watergems, os resultados provavelmente não serão diferentes. Conseguimos reproduzir o mesmo comportamento encontrado no EPANET tanto no Infoworks como no Watergems. A Watergems estava mostrando algumas opções adicionais para a estimativa da qualidade da água, mas os resultados obtidos ao utilizar essas opções foram ainda mais confusos para nós. Se você estiver interessado em tentar isto por conta própria, você pode baixe os arquivos EPANET .inp para os modelos A e B a partir daqui. Um documento técnico mais detalhado descrevendo o problema e o que foi feito na Water-Ing em relação aos cálculos da qualidade da água pode ser baixado aqui. Não hesite em nos contatar se você estiver interessado em trabalhos adicionais ou consultoria neste tópico. Você também pode se registrar em um Webinar sobre a criação e funcionamento de modelos de qualidade da água na Water-Ing:As utilidades podem se aplicar ao Programa de Projeto Piloto de Ingeniousware para avaliar efetivamente a criação de valor e o retorno do investimento de modelos digitais personalizados para suas condições.

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