Infraestrutura hídrica e mudanças climáticas
A digitalização e a modelagem podem mitigar as consequências das mudanças climáticas na infraestrutura hídrica de uma cidade
Infraestrutura hídricas e mudanças climáticas
Com o imenso potencial que a transformação tecnológica pode trazer para as concessionárias, a digitalização e a modelagem avançada oferecem oportunidades para maior resiliência e eficiência
Depois de décadas de sinais de alerta de que as mudanças climáticas estão acontecendo, a maioria das pessoas agora admite que é real.
As secas estão ficando mais secas e as inundações estão ficando mais úmidas e frequentes. As organizações de recursos hídricos estão lutando para administrar crises em andamento e se preparar para eventos futuros. Embora as concessionárias não possam fazer muito para alterar significativamente o clima, elas podem ajudar suas cidades a se prepararem para lidar com as consequências e serem mais resilientes.
A infraestrutura continua sendo um dos setores menos avançados tecnologicamente em toda a economia.
Uma transformação tecnológica da indústria tem o potencial de, entre outras coisas, ajudar a alcançar metas de sustentabilidade e resiliência contra as mudanças climáticas, bem como melhorar a eficiência, segurança e qualidade dos projetos de infraestrutura hídrica.
Por meio de novos métodos e novas tecnologias, as principais concessionárias estão avançando na infraestrutura da qual a sociedade depende.
Aqui estão cinco maneiras pelas quais a digitalização e a modelagem podem mitigar as consequências das mudanças climáticas na infraestrutura hídrica de uma cidade:
1. Desenvolver um plano de contingência para secas.
As secas sazonais estão piorando a cada ano. Em meio à demanda constante para otimizar os recursos hídricos, os fornecedores se esforçam para manter o serviço de qualidade e o abastecimento de água limpa para suas comunidades.
Uma forma de otimizar investimentos e operações é iniciar um projeto de modelagem hidráulica estratégica para entender como funciona o sistema de abastecimento e como abordar proativamente os problemas da rede de distribuição. Durante os períodos de seca, as equipes podem desenvolver um plano de contingência hídrica para reduzir a produção de água na frágil fonte sem afetar as pessoas da área.
É importante ter uma representação digital que reflita com precisão a operação da rede física para que, em momentos de dificuldade, as equipes possam estar preparadas e no controle. Com modelagem e simulação avançadas, os provedores podem essencialmente criar a base para um verdadeiro gêmeo digital do macro sistema de distribuição e abastecimento de água do município.
Um aplicativo de modelagem aberto fornece um ciclo de feedback crucial entre as equipes de operações e engenharia. A equipe de operações traz problemas de campo que as equipes de engenharia podem avaliar dinamicamente por meio de modelos digitais. Ambas as equipes podem colaborar e decidir sobre soluções ideais, trazendo uma resposta rápida com impacto mínimo para os clientes.
Joinville, no Brasil, é uma cidade que sofre com secas sazonais, mas nos últimos anos vem enfrentando algumas das piores secas dos últimos 30 anos. Um modelo hidráulico e um gêmeo digital ajudaram a Companhia Águas de Joinville a avaliar o funcionamento do sistema, além de simular o que poderia ser feito dentro do sistema para encontrar a solução ideal. A BBC StoryWorks produziu um mini documentário sobre a experiência de Joinville.
2. Reduzir perdas e desperdícios de água sem receita
A escassez de água tem o potencial de afetar mais da metade da população mundial até 2025. Algumas medidas simples podem ajudar a melhorar a visibilidade dos ativos da rede de distribuição de água, reduzir o desperdício nos processos e economizar milhões de litros de água anualmente.
Primeiro, otimize as atividades operacionais para evitar rupturas de tubos. As operações de monitoramento do sistema de abastecimento de água podem encontrar e corrigir vazamentos mais rapidamente e prolongar a vida operacional da infraestrutura. Esse processo economiza recursos necessários para manter os ativos funcionando com segurança e confiabilidade. Além disso, os recursos de monitoramento remoto podem significar menos visitas ao local e custos reduzidos de combustível e mão de obra.
Embora os modelos hidráulicos no passado fossem usados principalmente pelo departamento de engenharia, agora eles podem ser usados facilmente para operações e manutenção diárias. A vantagem aqui é que, com um gêmeo digital baseado em nuvem, simulações em tempo real de eventos de rede, como quebras de tubos, desligamentos de bombas, operações de válvulas, fluxos de água e incêndios, podem ajudar a entender e antecipar melhor os impactos nos níveis de serviço.
Os gêmeos digitais da água reúnem SCADA, GIS, modelagem hidráulica e informações do cliente em um ambiente de dados conectado para oferecer operações econômicas e estratégias de manutenção em tempo real. Com a análise hidráulica em tempo real da rede disponível, os operadores podem preencher as lacunas entre os dados do sensor.
Com visibilidade dos dados do sensor do sistema, condições de limite, faturamento e informações de modelagem hidráulica em tempo real, este gêmeo digital monitora continuamente todos os ativos de infraestrutura, incluindo tanques, bombas, tubulações e válvulas. Ele fornece visibilidade rápida para os principais pontos de dados, incluindo status operacional da válvula, nível do tanque e fluxo de entrada para cada área medida do distrito.
O gêmeo digital fornece visibilidade de ativos inadimplentes e condições anômalas de rede. Além disso, as concessionárias obtêm visibilidade da análise atual, histórica e prevista do desempenho dos ativos para descobrir vazamentos na rede antes que se transformem em um problema e para identificar proativamente as áreas de melhoria.
Em Manaus, Brasil, a AEGEA integrou os principais dados que anteriormente eram armazenados em diferentes sistemas isolados em uma única plataforma para melhorar a detecção de vazamentos, decisões de gerenciamento de ativos e processos operacionais.
3. Realizar avaliações de risco de inundação
Quando as inundações representam riscos para os moradores, danificam propriedades e infraestrutura e interrompem os serviços urbanos, as simulações hidráulicas podem ajudar engenheiros e operadores a prever e entender melhor os problemas e criar soluções eficientes que aumentam a resiliência dos sistemas de drenagem urbana.
Com uma melhor compreensão da profundidade e velocidade da inundação da superfície, perigos de inundação e tempos de inundação, isso significa que a comunicação proativa pode ser feita para as partes interessadas.
Ferramentas poderosas para modelagem de inundações e análise hidráulica de sistemas de águas pluviais transbordantes são importantes para se preparar para novos desafios na retenção de água para ambientes urbanos. Com visualizações abrangentes, engenheiros e não engenheiros podem tomar decisões mais informadas com o objetivo de garantir os níveis de serviço e melhorar a rede de coleta de águas pluviais e o desempenho dos ativos.
A avaliação da condição de águas residuais e pluviais é uma atividade cara e constante para os trabalhadores da cidade. Avaliações de condição rápidas inteligentes e automatizadas usam aprendizado de máquina para melhorar a detecção e rotulagem de defeitos, melhorar a qualidade dos dados, acelerar o trabalho de inspeção e reduzir custos.
A integração com o gêmeo digital torna esses dados parte de um processo sistemático que os profissionais de água e esgoto usam todos os dias. Ele coloca análises valiosas e suporte a decisões oportunas ao alcance das operações e manutenção para ajudá-los a entender e mitigar proativamente o impacto nos fluxos com base nos padrões climáticos previstos, especialmente cruciais durante eventos climáticos extremos.
As redes de drenagem urbana destinam-se a coletar e transportar com segurança esgotos e águas pluviais, mas a realidade é que muitos sistemas existentes têm áreas problemáticas onde o fluxo não é efetivamente contido. As ferramentas digitais ajudam os engenheiros a determinar até que ponto transbordamentos indesejáveis ocorrerão e a entender as causas básicas de um problema.
Em 2020, inundações significativas ao longo do rio Yangtze mataram 141 pessoas e deslocaram outras 38 milhões. Para a cidade de Jiujiang, o desastre foi o mais recente de uma série de incidentes de transbordamento e alagamento causados pela urbanização acelerada, e as autoridades inicialmente não conseguiram determinar como evitá-los.
Para se preparar melhor para futuros eventos de inundação e minimizar a interrupção da vida da cidade, a China Three Gorges Corporation dirigiu o Shanghai Investigation, Design & Research Institute (SIDRI) para criar um sistema de análise hidráulica que pode simular uma variedade de condições da água na cidade.
Para fornecer as informações, o sistema de análise hidráulica precisaria exibir dados detalhados com clareza, planejar tarefas de controle de enchentes e identificar eventos de emergência. Dados hidráulicos atualizados com frequência precisavam ser facilmente acessíveis para reduzir o tempo de envio de serviços de emergência.
Com a capacidade de prever possíveis alagamentos, as autoridades agora podem identificar e resolver problemas críticos de drenagem com antecedência. Dados em tempo real sobrepostos ao modelo de realidade permitem que a cidade dê respostas de emergência às inundações em tempo hábil.
4. Prepare-se para uma resposta rápida com monitoramento de segurança de barragens.
As falhas de barragens podem ser catastróficas, por isso é essencial que os proprietários e inspetores de barragens implementem ferramentas que reduzam de forma eficaz e proativa esses riscos para as pessoas e o meio ambiente.
Um sistema de monitoramento de segurança de barragem autossustentável usa uma rede de sensores para monitorar as condições, incluindo chuva, pressão dos poros, deformação, nível do lago do reservatório e outras métricas para fornecer informações automatizadas específicas do local sobre o desempenho da barragem e do sistema de distribuição de água.
O monitoramento em tempo real fornece informações no momento certo para aplicações proativas de gerenciamento de risco, segurança e manutenção preditiva.
O monitoramento em tempo real de utilidades pode incluir monitoramento ambiental de águas subterrâneas para melhorar a qualidade da água de bacias hidrográficas, rios, pântanos e sistemas de águas subterrâneas para garantir um nível seguro de proteção contra inundações.
Os programas de segurança de barragens geralmente incluem aplicativos de monitoramento de condições em tempo real que podem incluir águas subterrâneas, fluxo, infiltração e estabilidade de taludes durante e após a construção ou mesmo monitoramento de chuva e clima para minimizar os impactos ambientais adversos durante e após a construção.
No caso do furacão Ida, esses dados foram usados para estabelecer alertas que, quando limites ou limites de alerta pré-definidos foram excedidos, dispararam notificações enviadas de forma autônoma aos principais engenheiros e autoridades.
Um engenheiro de segurança de barragens de plantão na época foi capaz de alertar as regiões afetadas para realizar evacuações em tempo hábil, quando vários locais de barragens ficaram sem suprimento de energia.
Através do uso de monitoramento automatizado em tempo real, o oficial de segurança da barragem foi capaz de reagir as condições de rápida deterioração que quase atingiram condições de galgamento e manter uma resposta de segurança aprimorada para as áreas circundantes.
5. Reduza a pegada de carbono e objetivo de net zero
Uma maneira de se tornar neutro em carbono até 2030 é reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono.
As concessionárias de água são algumas das maiores usuárias de eletricidade e, portanto, a energia representa potencialmente o maior gasto operacional controlável em uma concessionária, tornando-a um alvo perfeito para ajudar a minimizar o impacto ambiental.
A digitalização da rede de abastecimento de água e a implementação de operações de bombeamento inteligentes e com eficiência energética ajudam a atingir metas de sustentabilidade e ecologicamente corretas sem afetar a qualidade do serviço, como pressão ou qualidade da água, para seus clientes.
Os modelos hidráulicos podem ser usados para instanciar a economia de energia, reduzindo o desperdício de energia e promovendo maior eficiência na operação de um sistema de bombeamento.
A otimização das operações da estação de bombeamento pode diminuir as necessidades de combustível e reduzir o uso de eletricidade. A melhor forma de automatizar as chaves liga/desliga das bombas é por meio de um modelo digital, calibrado e simulado para representar com precisão as operações de abastecimento de água em tempo real.
A Evides abastece a cidade holandesa de Rotterdam com água potável limpa e segura.
Eles combinaram o modelo hidráulico com um algoritmo de otimização usando scripts de controle dinâmico.Eles usaram o modelo para testar, avaliar o cálculo do custo de energia e automatizar os pontos de chave liga/desliga para otimizar o uso das estações de bombeamento para 110 milhões de metros cúbicos de água bombeada.
A Evides conseguiu economizar 33% nos custos de energia e reduzir sua pegada de dióxido de carbono em 942 toneladas.
Foi alcançada uma economia anual de 300.000 euros nos custos de energia, reduzindo a pegada de carbono e contribuindo para as metas de sustentabilidade da empresa.
Utilidade avançadas – já era hora
As principais concessionárias estão avançando em sua digitalização para ajudar a alcançar metas de sustentabilidade e resiliência contra as mudanças climáticas, bem como para melhorar a eficiência, segurança e qualidade da água.
Por meio de novos métodos e novas tecnologias, as concessionárias podem mitigar as consequências das mudanças climáticas na infraestrutura hídrica de suas cidades.
Fonte:waterworld
Autor: Sandra DiMatteo
Traduzido e adaptado por Flavio H. Zavarise Lemos
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