Em sistemas de irrigação por pivô central, a eficiência de aplicação em campo esta diretamente relacionada com a uniformidade de distribuição, afetando a economia de energia, num manejo adequado da irrigação. Foram utilizados dados de lâmina aplicada, lâmina média, vazão e comprimento de um pivô central, da região de Guaíra SP, através de uma avaliação de desempenho. Foram simuladas lâminas de água aplicadas para valores de 70%, 73%, 75%, 78%, 80%, 83%, 85%, 88%, 90%, 93% 95% e 98% do coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC), mantendo-se constante o valor da lâmina média e conseqüentemente a vazão. As receitas líquidas obtidas com essas distribuições de água foram comparadas utilizando-se cinco preços do feijão: R$1,75, R$2,00, R$2,25, R$2,50, R$2,75, R$3,00 e R$3,25 kg-1e, de igual forma, para cinco custos por consumo da água: R$ 0,01, R$ 0,02, R$ 0,03, R$ 0,04, e R$ 0,05m-3. Os resultados foram analisados considerando-se irrigação total e suplementar de 50% e 75%, nos períodos seco e úmido. A partir dos dados obtidos nas simulações verificouse que os maiores coeficientes de uniformidade proporcionam maior receita líquida e maior economia de energia para os maiores preços do produto. As irrigações suplementares possibilitaram maiores lucros e maiores economia de energia, especialmente para irrigações realizadas no período úmido / In irrigation systems by center pivot, the efficiency of applying in field is directly related to distribution uniformity, influencing in energy saving inside an appropriate irrigation management program. Were used data from applied layer, average layer, flow, and central pivot length, from Guairá SP, determined by IDE (1989) by a performance assessment. By simulation of collected layers values of 70%, 73%, 75%, 78%, 80%, 83%, 85%, 88%, 90%, 93% 95% and 98% were obtained from the Christiansen (CUC) Uniformity Coefficiency, keeping constant the average layer value and consequently the same flow. The obtained net income from those water distributions were compared using five beans prices in Brazilian currency R$1,75, R$2,00, R$2,25, R$2,50, R$2,75, R$3,00 and R$3,25 kg-1 and the same way, for five water consume costs: R$ 0,01, R$ 0,02, R$ 0,03, R$ 0,04, and R$ 0,05m-3. The outcomes were analyzed considering the supplementary and total irrigation of 50% an 75% in humid and dry seasons. From obtained data by simulations were verified that the higher uniformity coefficiencies give higher liquid recipe and greater energy saving related to higher products prices. Supplementary irrigation gives the possibility of higher profit and greater energy saving, especially when made in the humid season

O crescente adensamento populacional em grandes centros urbanos vem propiciando crescentes demandas hídricas. Esse fato aliado às limitações das fontes para abastecimento, tanto do ponto de vista quantitativo como qualitativo, impõe que políticas de gerenciamento da água sofram transformações no futuro próximo. Nesse sentido, devem merecer atenção especial as técnicas de reuso, bem como o uso racional e otimizado da água em meio urbano. O presente trabalho enfoca um dos principais aspectos do gerenciamento da qualidade da água para abastecimento, que é a manutenção do residual de cloro no interior da rede conforme a Portaria 518/2004. Trata-se de um problema complexo, uma vez que o cloro decai, ao longo do tempo, e se mistura nos nós da rede, sofrendo mudanças de concentração. Visando à modelagem e simulação do comportamento do cloro residual como uma ferramenta eficiente de gerenciamento dos sistemas de distribuição de água, muitos estudos têm sido realizados e reportados pela literatura assumindo-se que os efeitos do decaimento são representados pelos coeficientes Kbulk e Kwall. O presente trabalho realiza a calibração hidráulica e de qualidade para um setor de distribuição de água real do município de São Carlos - SP - Brasil, considerando o vazamento. Para tanto, calibradores hidráulicos já testados por outros autores foram usados, e um calibrador de qualidade para resolução do problema inverso, que utilizam em conjunto o simulador EPANET 2.0 e os algoritmos genéticos (AGs) como ferramenta de otimização, foram desenvolvidos. Foi evidenciada a importância de se considerar o vazamento na calibração hidráulica e conseqüentemente na calibração de qualidade. Foi desenvolvida também uma metodologia para a calibração dos parâmetros dos AGs através do uso do \"Particle Swarm Optimization\" (PSO). Foram testados ainda diversos modelos de vazamento para determinação de qual modelo seria capaz de representar de maneira mais fidedigna o comportamento hidráulico da rede e os resultados obtidos apontaram os modelos que admitem vazamento por comprimento linear da tubulação como sendo mais adequados. / The rising population density of large urban centers is gradually increasing water supply demands. This together with the paucity of water sources requires that the future water administration policies go through a transformation from both quantitative and qualitative points of view. Thus rational use of available water and water reuse deserve special attention in the urban environment. This study focuses on one these main aspects of water quality management, namely, the maintenance of residual chlorine in the hydraulic network according the respective Directive nº 518/2004. This is a complex problem in view of the fact chlorine decays in time and undergoes mixing at the network nodes, consequently producing changes in its concentration. Numerous studies on modeling and simulation of behavior of residual chlorine, as an efficient water distribution system management tool, have been made and reported in literature. These studies assume that chlorine decay in the network can be represented through Kbulk and Kwall coefficients. This research work conducts hydraulic and water quality calibration of a prototype water distribution sector in the city of São Carlos - SP - Brazil, while taking into account leakages in the network. Hydraulic calibration programs previously tested by others and a water quality calibration program were employed for the solution of the inverse problem for determination of unknown parameters. This problem was solved using hydraulic simulator EPANET 2.0 in conjunction with the genetic algorithms (AGs). These procedures showed the importance of considering network leakages in hydraulic calibration and consequently in the calibration of water quality. A method for the calibration of AG parameters was also developed through the use of \"Particle Swarm Optimization\" (PSO). Various representations for leakage were tested in order to identify the model that best described the hydraulic performance of the network. Thus it was possible to show that the models, which consider leakage per unit length, were the most adequate.

No Brasil, são comuns sistemas de distribuição de água para abastecimento com elevados índices de perdas, nos quais parcela significativa das denominadas perdas físicas é devida às perdas por vazamento. Dessa maneira, o controle efetivo das perdas por vazamento e do comportamento do sistema sob as mais diversas condições operacionais é de fundamental importância, não só do ponto de vista financeiro, no que diz respeito ao desperdício da água bombeada e quimicamente tratada, mas principalmente da preservação deste recurso natural. Com o objetivo de se ter um maior conhecimento do comportamento real de uma rede de distribuição de água, técnicas de calibração, incluindo modelos para avaliação de perdas por vazamentos, vêm sendo propostas. Tais modelos devem considerar a relação pressão x vazamento, bem como a dependência pressão x demanda, face aos diferentes níveis de pressão atuantes em um sistema de distribuição de água. O presente estudo visa o desenvolvimento de uma rotina computacional que considere as perdas por vazamento e a dependência das demandas com a pressão, acoplada ao simulador hidráulico EPANET (ROSSMAN, 2000), utilizando dados de rede hipotética com vistas à calibração em termos das rugosidades absolutas, demandas, diâmetros, cotas topográficas e parâmetros do modelo de vazamentos, bem como a localização de componentes hidráulicos na rede. Para tanto, utilizam-se modelos inversos resolvidos com o suporte da tecnologia dos Algoritmos Genéticos (AGs) e procedimento híbrido (AGs e Método Simplex – NELDER & MEAD, 1965) / Brazil’s water distribution systems usually present a high percentage of so-called physical losses, of which a significant portion is caused by leakage. Therefore, it is of fundamental importance, not only from the financial standpoint – in terms of the pumped and chemically treated water – but also particularly from that of the preservation of this natural resource, to effectively control leakage and the systems’ behavior under several operational conditions. In order to gain a better understanding of the real behavior of a water distribution network, several calibration techniques, including models to evaluate leakage, have been proposed. Those models normally consider the correlation between pressure and leakage, as well as the interdependence of pressure and demand in response to the varying levels of pressure in a water distribution system. The present study seeks to extend these models through the development of a computational routine based on leakage and on pressure-dependent demand, in conjunction with the hydraulic simulator EPANET (ROSSMAN, 2000), using the data from a hypothetical network to calibrate the absolute roughness and diameter of pipes, demands and elevations of nodes and the parameters of the leakage model, as well as the location of hydraulic components in the network. To this end, inverse models are used based on the technology of Genetic Algorithms (GA) and the hybrid procedure (GA and Simplex Method - NELDER & MEAD, 1965)

O uso do cloro como desinfetante em sistemas de água para abastecimento é prática comum nas estações de tratamento de água. Introduzido durante o processo de tratamento, o cloro participa de diversas reações com compostos de naturezas orgânicos e inorgânicos no interior das tubulações. Tais reações ocorrem na massa líquida e junto às paredes das tubulações e são responsáveis pelo decaimento do cloro ao longo das redes. Visualizando a modelagem como uma ferramenta eficiente para gerenciar o cloro residual em sistemas de distribuição de água, muitos estudos foram realizados e reportados pela literatura, assumindo que os efeitos de decaimento de cloro podem ser bem representados pelos coeficientes kb e kw. Entretanto, a determinação de valores para parâmetros em questão não é uma tarefa fácil, devido à complexidade dos sistemas enfocados em termos da diversidade de materiais das tubulações e mananciais (superficiais e subterrâneos). No Brasil, apesar de legislação recente estabelecer limites restritivos para o cloro na água potável (após desinfecção, a concentração de cloro deve observar a concentração mínima de 0,5 mg/L, sendo o mínimo nível aceito em sistemas de distribuição de 0,2 mg/L e o máximo de 2,0 mg/L), poucos estudos enfocam a avaliação dos parâmetros de decaimento. Esta pesquisa apresenta a aplicação de um modelo inverso elaborado para determinar a ordem para o modelo de decaimento do cloro e os valores globais e/ou locais para o kb e o kw. Sendo programado com o suporte do simulador de EPANET 2 (toolkit) e os algoritmos genéticos como ferramenta de otimização, implementado através da biblioteca de GAlib C++. Os estudos foram realizados em dois sistemas reais da distribuição da água em que foram considerados parâmetros globais e parâmetros específicos da qualidade. Para a investigação da determinação de parâmetros de decaimento de cloro em sistemas de distribuição com vazamento em função da pressão, foi adotada uma rede hipotética com três fontes de cloro. Esse sistema permitiu a calibração e a validação do modelo, assim como a avaliação da influência hidráulica na determinação dos resultados de qualidade de água. / The use of chlorine as disinfectant in water supply systems has been a common practice adopted by the water industry. Introduced during the treatment process, chlorine participates in several reactions with compounds of organic and inorganic nature inside the pipes. Such reactions that occur in the bulk and the wall of the pipes are responsible for chlorine decay along the networks. Visualizing the modeling as an efficient tool to manage the chlorine residual in water distribution systems, many studies have been conducted and reported by the literature, assuming that the chlorine decay effects can be well represented by the decay coefficients kb and kw. However, the determination of values for theses parameters is not an easy task, due to the complexity of the focused systems in terms of pipe materials and water supply sources diversity (surface water and groundwater). In Brazil, instead of recent legislation stating more strict limits for chlorine in drinking water (after disinfection, chlorine concentration has to observe the minimum concentration of 0.5 mg/L, being the minimum accepted level in the distribution system of 0.2 mg/L and the maximum of 2.0 mg/L), few studies focus on the evaluation of the decay parameters. This research reports the application of an inverse model built to determine the order for chlorine decay model and the global and/or local values for kb and kw. It is codified with the support of EPANET 2 (Toolkit) simulator and technology of genetic algorithms as optimization tool, which is implemented by using the GAlib C++ library. The studies were conducted on two real water distribution systems considering both global and specific quality parameters. A hypothetical network with three sources of chlorine was studied too, admitting leakage as pressure function. This system permitted both calibration and validation of the model as well as the evaluation of hydraulic calibration influence on the water quality results.

O polietileno de média densidade (PEMD) é um polímero termoplástico parcialmente cristalino, cujo uso tem crescido bastante em aplicações de engenharia, como em tubos plásticos para sistemas de distribuição de água e de gás. Sob carga constante, entretanto, este material pode eventualmente apresentar fratura por fluência, por meio de um mecanismo de crescimento lento de trincas, provocando acentuadas perdas por vazamento nos sistemas. Os métodos atuais empregados pela indústria para estimar a durabilidade dos tubos são caros, demorados, pouco práticos e imprecisos. Busca-se o desenvolvimento de técnicas mais eficientes, sendo que os métodos da mecânica da fratura são promissores no sentido de descrever a etapa de propagação da trinca. Ensaios de mecânica da fratura, entretanto, requerem a introdução de pré-trincas nos corpos de prova. Sabe-se que as técnicas artificiais de introdução de pré-trincas causam algum tipo de dano na matriz polimérica, que pode ou não afetar os resultados dos ensaios, dependendo dos eventos que ocorrerem após o carregamento inicial. A principal propriedade requerida de um método de introdução de pré-trinca, portanto, é reprodutibilidade. Neste estudo foram aplicados três importantes métodos de mecânica da fratura ao PEMD e investigados os efeitos de diferentes técnicas de introdução de pré-trincas sobre os resultados dos ensaios e sobre as estruturas de deformação na matriz do material na ponta da trinca. Os ensaios de tenacidade à fratura no estado plano de deformação - KIc - foram realizados em condições criogênicas, em vista do comportamento dúctil do material à temperatura ambiente, sendo que a estratégia mostrou-se satisfatória. Os resultados dos ensaios de Integral-J sugerem que o método pode não ser aplicável ao PEMD, devido ao peculiar mecanismo de fratura do material. O método do trabalho essencial de fratura - EWF - se aplica bem ao PEMD. Os resultados dos ensaios de KIc e EWF demonstraram que diferentes técnicas de introdução de pré-trincas provocam diferentes estruturas de deformação no material na ponta da trinca e afetam os resultados de ensaios de fratura no PEMD. Os resultados de EWF demonstraram ainda que o processamento também afeta as propriedades de fratura do material. É proposta uma nova técnica para a introdução de pré-trincas, com características mais naturais, a qual requer estudos complementares para seu aperfeiçoamento. / Medium density polyethylene (MDPE) is a semicrystalline thermoplastic polymer that has been increasingly used in engineering applications, as plastic pipes for water and gas distribution systems. Under constant load, however, this material may occasionally present creep failure, by means of a mechanism of slow crack growth, leading to leakage losses in the systems. Current methods used by industry to estimate durability of pipes are expensive, time consuming, non practical and inaccurate. The development of more efficient methods is a common target and fracture mechanics methods are promising in describing the crack propagation stage. Fracture mechanics testing methods, however, require the introduction of pre-cracks into the specimens. It is known that artificial methods of introducing pre-cracks produce some damage on the polymeric matrix, which may or not affect the results of tests, depending on the events that occur after the initial loading. Main propriety required of a pre-crack introducing method, therefore, is reproducibility. In this study three important fracture mechanics methods were applied to MDPE and the effects of different methods of pre-cracking over test results and over deformation structures of material matrix at the crack tip were investigated. Plane-strain fracture toughness - KIc tests were performed under cryogenic conditions, in view of the ductile behavior of material at room temperature and this strategy was well succeed. Results of Integral-J tests suggest that this method may not be applicable to MDPE, due to the peculiar fracture mechanism of the material. The essential work of fracture method EWF is well suited to study MDPE. The results of KIc and EWF tests showed that different pre-cracking methods cause different deformation structures in the material at the crack tip and affect the fracture tests with MDPE. EWF results showed also that the processing affect the fracture properties of materials too. It is proposed a new method for introducing pre-cracks, with more natural characteristics that requires complementary studies for its improving.

Os avanços na gestão da água exigem o conhecimento da disponibilidade e demanda de recursos hídricos como subsídio para a definição de ações prioritárias para a conservação da água. Em meio a discussões sobre o uso eficiente da água, o conceito da Pegada Hídrica surgiu em 2002 como uma ferramenta de auxílio à gestão de recursos hídricos que incentiva o uso responsável da água. Por outro lado, a expansão da infraestrutura é demandante de água sob vários aspectos. No Brasil, vários projetos de infraestrutura relacionados com a expansão logística e a indústria de petróleo e gás estão sendo instalados para operação nos próximos anos, particularmente no Litoral Norte de São Paulo. Este estudo teve como objetivo realizar a avaliação completa da pegada hídrica do município de Caraguatatuba, São Paulo, no ano de 2012 e analisá-la sob os cenários de projeções populacionais e mudanças globais previstos para o horizonte até 2040. A metodologia utilizada foi a da Avaliação da Pegada Hídrica da Water Footprint Network. Para a base de contabilidade no município, foi considerada a pegada hídrica: i) do sistema de água urbana, como água azul; ii) da produção de esgoto, como água cinza; iii) da pecuária, como água azul e verde; e iv) da água utilizada no meio rural, como água verde. Também foram analisados cenários futuros de demanda de água considerando o incremento populacional associado à nova dinâmica regional advinda do Pré-Sal e às mudanças climáticas previstas pelo Painel Brasileiro de Mudanças Climáticas. Os resultados mostraram uma pegada hídrica de cerca de 400 Mm/ano, com a contribuição de 85% proveniente da água cinza. Esse resultado mostra que a maior pressão sobre os recursos hídricos locais advém da defasagem do sistema de esgotamento sanitário em relação às demandas de uma população em contínuo crescimento. A pegada hídrica total do município pode ser considerada insustentável, de acordo com as premissas deste estudo. Os cenários futuros de demanda regional de água mostraram um aumento da criticidade hídrica na região caso não haja uma redução do consumo de água pela população. No cenário onde o sistema de esgoto atende a todo o município observou-se uma redução de 31% no valor da pegada hídrica total em relação ao Cenário Status-quo. O consumo de água pela população de pico em 2040 no Cenário de Mudanças Climáticas foi mais do que cinco vezes superior ao consumo da população fixa de 2015 do Cenário Status-quo. Apesar da região possuir água em abundância nos dias de hoje, é necessário que haja uma ampliação do sistema de saneamento básico do município e uma avaliação detalhada da gestão integrada de recursos hídricos pelas políticas públicas para evitar eventuais crises de abastecimento. A pegada hídrica pode ajudar os tomadores de decisão e a sociedade civil e funcionar como um instrumento incentivador do uso responsável da água.

Esta dissertação trata das tecnologias mais recentes na distribuição de água na Região Metropolitana de São Paulo, analisando-as como parte de novas diferenças qualitativas no espaço urbano e metropolitano. Ao estudar historicamente o contexto econômico, político-institucional e técnico do setor, dos planos de abastecimento e da Companhia de Saneamento Básico de São Paulo - Sabesp, busca compreender as relações estabelecidas entre as metas de universalização de saneamento e as novas tecnologias e estratégias operacionais, a internacionalização econômica e financeira da Sabesp, e a delimitação de uma esfera pública dos serviços urbanos na metrópole de São Paulo. Em última instância, busca compreender impedimentos criados à potência política do espaço. / This dissertation deals with the most recent technologies for water production and distribution at the Metropolitan Area of São Paulo as part of new qualitative differences in urban and metropolitan space. It aims to understand - by the study of the economical, political-institutional and technical backgrounds of the São Paulo Water Utility (Sabesp) - the links between new technologies and operational strategies, the financial and economical internationalization of the company, universalization goals in water utilities and the delimitation of a public sphere in utilities in São Paulo metropolis. In a word, it aims to understand barriers to virtual capacities of space as political power.

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Esta dissertação trata das tecnologias mais recentes na distribuição de água na Região Metropolitana de São Paulo, analisando-as como parte de novas diferenças qualitativas no espaço urbano e metropolitano. Ao estudar historicamente o contexto econômico, político-institucional e técnico do setor, dos planos de abastecimento e da Companhia de Saneamento Básico de São Paulo - Sabesp, busca compreender as relações estabelecidas entre as metas de universalização de saneamento e as novas tecnologias e estratégias operacionais, a internacionalização econômica e financeira da Sabesp, e a delimitação de uma esfera pública dos serviços urbanos na metrópole de São Paulo. Em última instância, busca compreender impedimentos criados à potência política do espaço. / This dissertation deals with the most recent technologies for water production and distribution at the Metropolitan Area of São Paulo as part of new qualitative differences in urban and metropolitan space. It aims to understand - by the study of the economical, political-institutional and technical backgrounds of the São Paulo Water Utility (Sabesp) - the links between new technologies and operational strategies, the financial and economical internationalization of the company, universalization goals in water utilities and the delimitation of a public sphere in utilities in São Paulo metropolis. In a word, it aims to understand barriers to virtual capacities of space as political power.

O dimensionamento otimizado de sistemas de distribuição de águas tem originado centenas de trabalhos científicos nas últimas quatro décadas. Vários pesquisadores têm buscado encontrar uma metodologia capaz de dimensionar essas redes considerando diversos aspectos e incertezas características desse tipo de projeto. No entanto, os resultados da maioria das metodologias desenvolvidas não podem ser aplicados na prática. O objetivo deste trabalho é elaborar uma metodologia de dimensionamento de redes de distribuição de água considerando um enfoque multiobjetivo. A metodologia desenvolvida considera três aspectos referentes ao projeto desses sistemas: custo; confiabilidade e perdas por vazamentos. Para tanto, empregou-se um método de otimização multiobjetivo baseado em algoritmos genéticos para a geração do conjunto de soluções não-dominadas e um método multicriterial para escolha da alternativa final. Para representar os objetivos do problema, foram testadas nove funções: custo, vazamentos, entropia, resiliência, tolerância à falha, expansibilidade, efeito do envelhecimento e resilientropia, sendo que sete destas são específicas para a representação da confiabilidade. Para se avaliar as alternativas geradas foi desenvolvido um modelo de análise hidráulica que fosse capaz de trabalhar com vazamentos e com demandas dependente da pressão. Os métodos escolhidos foram o Híbrido de Nielsen e o Gradiente. Das funções testadas, a resilientropia, proposta originalmente neste trabalho, foi a que melhor se ajustou ao conceito formal de confiabilidade, representado pela função tolerância. Os resultados encontrados pela metodologia mostraram-se promissores, uma vez esta foi capaz de encontrar redes eficientes ao final das simulações. / The topic \"Optimized design of water distribution systems\" has generated hundreds of scientific publications in the last four decades. Several researchers have searched for a technology which would take into account a variety of aspects and uncertainties innate to the design of such networks. However, the results of most methodologies developed are not practical. The objective of this work is to develop a methodology for water distribution systems design that has a multi-objective focus. The methodology developed focuses in three aspects of the design of such systems: cost, reliability and losses by leaking. A multiobjective optimization method based on generic algorithms, generating a set of non-defined solutions, and a multi-criteria method for choosing the final alternative, was employed. Nine functions representing the objectives of the problem (method) were tested: cost, leakages, entropy, resilience, failure tolerance, expansibility, aging effect and resilienthropy, seven of which are specific to representing reliability. In order to evaluate the generated alternatives, a hydraulic analysis model, that could handle leakages and pressure dependent demands, was developed. The chosen methods were Nielsen\'s Hybrid, and the Gradient. Of all tested functions, resilientropy, originally proposed in this work, proved to be the one best adjusted to the formal concept of reliability, represented by the tolerance function. The results obtained by this methodology are promising, as they produced efficient distribution networks at the end of the simulations performed.