XIX CONGRESSO BRASILEIRO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

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1 XIX CONGRESSO BRASILEIRO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS AQDEURIM: UMA FERRAMENTA COMPUTACIONAL DESENVOLVIDA PARA AUXILIAR NA DETERMINAÇÃO DA EFICIÊNCIA HIDRÁULICA DE POÇOS Yuri Toaz Neves 1 Laércio Leal dos Santos Bruno Menezes da Cunha Goes 3 Cinthia Maria de Abreu Claudino 4 Thiago de Sá Sena 5 Maria Ingridy Lacerda Diniz 6. Resuo - O poço é a principal obra civil que estabelece a conexão entre o usuário de água subterrânea e o aquíero proundo. No seu diensionaento u dos principais parâetros a ser analisado é a eiciência hidráulica, de vez que te iplicações diretas e deterinantes no custo de captação das águas subterrâneas. Para se deterinar a eiciência hidráulica é necessário utilizar ua grande quantidade de órulas e unções ateáticas, o que deanda tepo. Nessa ótica, o presente artigo te coo objetivo apresentar u sotware desenvolvido para autoatizar o processo de deterinação da eiciência hidráulica de poços. O sotware oi desenvolvido no abiente Visual Studio utilizando a linguage de prograação Visual Basic. Coo resultado oi possível obter ua erraenta de ácil anuseio, interace autoexplicativa, e co soluções, validadas co êxito, por cálculos anuais. Através dos resultados obtidos, veriica-se que a erraenta será de grande utilidade para os proissionais que trabalha co esse tipo de estrutura, tendo e vista que proporcionará a construção de poços ais econôicos co aior segurança e praticidade. Abstract - The well is the principal civil work, which establishes the bond between groundwater users and the deep aquier. During its sizing, o the ain paraeters to be analyzed is the hydraulic eiciency, since it has direct and decisive iplications or the cost o unding o groundwater. To deterine the hydraulic eiciency is necessary to use a large aount o atheatical orulas and unctions, which takes a lot o tie. Fro this perspective, this article ais to present a sotware designed to autoate the deterination process o the hydraulic eiciency o the wells. The sotware was developed in Visual Studio using the Visual Basic prograing language. As result, 1 Graduando e Engenharia Civil - Universidade Estadual da Paraíba: Capus VIII, Araruna PB, (83) , yuutoaz@gail.co. Doutor e Engenharia Civil - Universidade Estadual da Paraíba: Capus VIII, Araruna PB, (83) , laercioeng@hotail.co. 3 Graduando e Engenharia Civil - Universidade Estadual da Paraíba: Capus VIII, Araruna PB, (83) , brunocunhaeng@gail.co. 4 Graduanda e Engenharia Civil - Universidade Estadual da Paraíba: Capus VIII, Araruna PB, (83) , cinthiaariaac@gail.co. 5 Graduando e Engenharia Civil - Universidade Estadual da Paraíba: Capus VIII, Araruna PB, (83) , tg.777@hotail.co. 6 Graduanda e Engenharia Civil - Universidade Estadual da Paraíba: Capus VIII, Araruna PB, (83) , ingridy_1@hotail.co. XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 1

2 it was possible to get an easy tool to use, sel-explanatory interace, and validated solutions or anual calculations. Fro the results, it appears that the sotware will be useul or proessionals who work with this type o structure in order to provide a construction o econoic wells with greater saety and convenience. Palavras-Chave Água Subterrânea. Eiciência Hidráulica. Sotware. 1 - INTRODUÇÃO Água subterrânea é toda a água que ocorre abaixo da superície da Terra, preenchendo os poros ou vazios intergranulares das rochas sedientares, ou as raturas, alhas e issuras das rochas copactas, e que sendo subetida a duas orças (de adesão e de gravidade) desepenha u papel essencial na anutenção da uidade do solo, do luxo dos rios, lagos e brejos (ABAS, 016). De acordo co Feitosa e Manoel Filho (000) u pouco ais de 97% da água doce disponível na terra encontra-se no subsolo e portanto enos de 3% na superície. Segundo SABESP (016), 1/5 de toda água doce do planeta Terra encontra-se no Brasil que possui ua reserva subterrânea co ais de k 3 de água. E apenas u dos reservatórios subterrâneos encontrados na região Nordeste do país, é possível encontrar k 3 de água para o abasteciento huano. Isso seria suiciente para abastecer a população brasileira atual por, no ínio, 60 anos. No que tange a sua exploração, veriica-se que nos últios 5 anos ora perurados ais de 1 ilhões de poços no undo. No Brasil observa-se, nas últias décadas, u auento considerável da utilização de água subterrânea para o abasteciento público. Convé destacar que grande parte das cidades brasileiras co população inerior a habitantes, co exceção do sei-árido nordestino e das regiões oradas por rochas cristalinas, possui condições de recepção de água proveniente de reservas subterrâneas (SABESP, 016). De acordo co Cardoso et., all (008) estia-se que ora perurados no Brasil cerca de 416 il poços tubulares após o ano de No estado de São Paulo cerca de 65% das cidades são abastecidas co águas subterrâneas, onde, considerando apenas a sua região etropolitana, aproxiadaente 3 ilhões de habitantes recebe água proveniente de poços proundos (SABESP, 016). De acordo co ABAS (016) a aior crise de abasteciento no estado de São Paulo ez co que o núero de licenças para perurar poços auentasse para 8% no ano de 015, estando a sua região etropolitana, co aproxiadaente dez il poços e atividade. XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas

3 A crescente utilização das águas subterrâneas deve-se não soente a atores atrelados a escassez das reservas hídricas supericiais, coo tabé ao ato que as águas subterrâneas apresenta excelente qualidade e u custo enor de captação, adução e trataento. O litro de água retirada de u poço custa 15 vezes enos do que o litro de água retirada de ontes supericiais (SABESP, 016). Dentre as suas diversas aplicações das águas subterrâneas te-se o abasteciento doéstico, a irrigação, a pecuária, a indústria, a recreação e a piscicultura, onde para cada qual, a água deve apresentar padrões de qualidade especíicos (FEITOSA MANOEL FILHO, 000). Para co a captação das águas subterrâneas, veriica-se que u aspecto bastante iportante a ser analisado é a eiciência hidráulica dos poços, pois traz iplicações diretas e deterinantes nos custos. U poço pode ser considerado hidraulicaente eiciente quando se consegue obter os resultados esperados e teros de capacidade produtiva, ao ínio custo possível (FEITOSA MANOEL FILHO, 000). De acordo co Feitosa e Manoel Filho (000) dois aspectos undaentais tê iplicações diretas na eiciência hidráulica de poços. O prieiro diz respeito ao próprio desenho construtivo, onde diversos atores ligados aos diâetros das tubulações de revestiento e iltros, espessura penetrada do aquíero, coprientos de seções revestidas, particularente dos iltros, tê iplicações sérias na resistência a ser criada ao luxo da água e direção à boba. O segundo aspecto diz respeito aos procedientos utilizados durante a peruração do poço, onde uitas vezes os danos causados nas paredes do aquíero, quase sepre produzidos pelo luido de peruração, cria resistências indesejáveis ao escoaento da água subterrânea. Na construção do poço, portanto, deve-se procurar criar a ínia diiculdade e resistência possível. Sobre esse assunto uitos estudos teóricos já ora desenvolvidos, assi coo estudos de capo e de laboratório, que peritira estabelecer ua grande quantidade de órulas e unções ateáticas. No entanto, por ser tratar de uitas equações, o processo para a elaboração de projetos construtivos eicientes torna-se deorado. Nessa ótica, o presente artigo te coo objetivo apresentar ua erraenta coputacional desenvolvida para autoatizar o processo de deterinação da eiciência hidráulica de poços. - ASPECTOS METODOLÓGICOS Para o desenvolviento do sotware, prieiraente realizou-se u estudo de todos os procedientos e critérios ornecidos por Feitosa e Manoel Filho (000) para a deterinação da eiciência hidráulica de poços. XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 3

4 E seguida deiniu-se que a erraenta coputacional seria desenvolvida no abiente Visual Studio, utilizando a linguage Visual Basic. Essa linguage oi escolhida pois alé de possuir ua sintaxe ailiar para o autor, acilitaria a utilização dos usuários inais, ua vez que ela possibilita o desenvolviento de u abiente atrativo, tornando o uso da erraenta bastante intuitivo pela presença abundante de botões e caixas de texto. Na sequência deterinara-se as condições de contorno e a elhor ora de apresentar tanto os dados de entrada coo os de saída. Deinido isso, oi realizado o increento das rotinas de cálculo no sotware. Para a validação do prograa, realizara-se testes coparando os resultados da erraenta co os obtidos através de cálculos anuais. No caso de divergência de resultados ou alhas, ora realizadas as devidas correções. 3 CÁLCULO DA EFICIÊNCIA HIDRÁULICA Na deterinação da eiciência hidráulica de u poço, prieiraente deve-se calcular a perda de carga total, que por sua vez é decoposta e perdas lainares turbulentas T L e perdas. Para elhorar ilustrar essa situação te-se a Figura 1 co o poço sendo bobeado co ua vazão constante: Figura 1. Decoposição das perdas de carga e u poço bobeado. Analisando a Figura 1, tê-se as seguintes variáveis: XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 4

5 Q - Vazão de bobeaento ND NE L i L - Nível dinâico no tepo t - Nível estático - Seção interediária de ligação co a seção de captação - Seção de captação constituída pelos iltros R p R - Raio do poço - Raio dos iltros R p R - Zona de transição do pré-iltro K - Condutividade hidráulica do pré-iltro K b - Condutividade hidráulica do aquíero - Espessura do aquíero T - Transissividade do aquíero S - Coeiciente de arazenaento do aquíero. O que dierencia as perdas lainares das turbulentas é que as prieiras são diretaente proporcionais à vazão, já as últias são diretaente proporcionais ao quadrado da vazão. Essas perdas são decopostas e rebaixaentos parciais, onde cada qual possui o seu respectivo coeiciente de proporcionalidade. As Equações (1) e () expressa o equacionaento geral das perdas lainares e turbulentas, respectivaente: 3 L B Q i (1) i1 4 T CiQ () i0 Q - Vazão de bobeaento 3 s B - Coeiciente de perdas de carga lainares C - Coeiciente de perdas de carga turbulentas. A soa das equações (1) e () dar-se o noe de equação característica de uncionaento do poço. As perdas lainares são decopostas e: XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 5

6 Perdas no aquíero: Tt L 1,5 1 ln Q T Rp S 4 (3) T t R p - Transitividade - Tepo de bobeaento - Raio do poço s s S - Coeiciente de arazenaento. Perdas na zona de transição do pré-iltro: L Rp 1 ln K b R Q (4) K - Condutividade hidráulica édia ou equivalente do pré-iltro inluenciada por eventuais danos de oração s b R - Espessura do aquíero - Raio dos iltros. A perda na zona de transição do pré-iltro é aetada por eventuais danos de oração causados pelo luido de peruração na construção do poço e por eventos posteriores deterinantes de redução de condutividade hidráulica, coo incrustações quíicas ou carreaento de ateriais inos da oração, causados pela ação de bobeaentos co vazões superiores à capacidade de retenção do aquíero (FEITOSA MANOEL FILHO, 000). Perdas por penetração parcial do aquíero: L p ln T p R 1 p L p Q (5) XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 6

7 L p T - Copriento dos iltros - Relação entre a penetração e a espessura do aquíero L b - Transissividade do aquíero. s No que diz respeito às perdas turbulentas, te-se as seguintes perdas parciais: Perdas na entrada dos iltros: T 1 R 3,310 L 3 1 Q (6) - Percentual de área aberta dos iltros (%) - Percentual de obstrução dos iltros pelo pré-iltro (%). Perdas axiais na seção de captação iltros: L T 0, 0754F Q 5 (7) D F D - Fator de atrito dos iltros - Diâetros dos iltros. Perdas axiais na seção interediária: L i T3 0, 086F Q i 5 (8) Di i i i F - Fator de atrito do revestiento da seção interediária L - Copriento do revestiento da seção interediária D - Diâetro da seção interediária. XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 7

8 Perdas axiais na câara de bobeaento: L c T4 0, 086F Q c 5 (9) Dc F c L c D c - Fator de atrito do revestiento da câara de bobeaento - Distância do topo da seção interediária até a boba - Diâetro da câara de bobeaento. Segundo Porto (006), o valor dos atores de atrito presentes nas Equações 7,8 e 9 pode são deterinados utilizando o ábaco de Moody: Figura. Diagraa de Moody. Fonte Porto (006). Porto (006) tabé apresenta ua equação, utilizada por Swaee (1993) que reproduz o diagraa de Moody: XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 8

9 64 Re y 8 5,74 9,5 ln 3,7 Re D y 0, Re y 16 0,15 (10) Re y D - Núero de Reynolds - Rugosidade absoluta do aterial - Diâetro dos iltros, da seção interediária ou da câara de bobeaento. De acordo co Feitosa e Manoel Filho (000) para revestientos de aço liso varia de 0,00015 a 0,0005 e para iltros de aço inox, varia de 0,001 a 0,003. O núero de Reynolds presente na Equação 10, é calculado por eio da seguinte equação: V D Re y (11) - Viscosidade cineática da água s. V - Velocidade da água s Alé das perdas turbulentas parciais encionadas, te-se as perdas na zona do préiltro T 0, que soente ocorre quando o núero de Reynolds é aior que o valor 30. Não existe órula para o seu cálculo, podendo o seu valor ser deterinado por eio de testes de bobeaento co vazões escalonadas e crescentes (FEITOSA MANOEL FILHO, 000). Após deterinar o valor de todas as perdas e consequenteente o rebaixaento total do nível de água, é possível deterinar a eiciência hidráulica do poço por eio da seguinte Equação: B1Q E L T (1) B 1 Q - Perdas lainares no aquíero A eiciência hidráulica de u poço é dada e (%). Por tanto se todas as perdas lainares ou turbulentas, co exceção das perdas naturais no aquíero, osse nulas, o poço teria ua eiciência XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 9

10 de 100%. De acordo co Feitosa e Manoel Filho (000), valores próxios pode ser obtidos desde que: Os poços seja projetados co diâetros de revestientos e iltros copatíveis co as vazões esperadas O poço penetre totalente a espessura do aquíero O pré-iltro utilizado apresente ua porosidade elevada O taanho dos grãos do pré-iltro seja suicienteente grande No procediento de peruração, especialente no que diz respeito ao tipo de luido utilizado, não ocorra danos de oração e consequenteente redução na condutividade hidráulica da zona de transição do pré-iltro. Vale ressaltar que no projeto construtivo de poços, todos os atores supracitados deve ser analisados e conjunto co os custos, de odo a estabelecer ua condição otiizada de execução da obra. 4 PROGRAMA DESENVOLVIDO Após realizar todo o procediento etodológico, oi possível obter u sotware de ácil anuseio e interace autoexplicativa. A erraenta de noe AQDEURIM é ua versão de ua linha de prograas coputacionais livres, que está e ase de desenvolviento, denoinada DEURIM: Figura 3. Ferraenta coputacional AQDEURIM. O uncionaento do sotware é bastante siples, basta preencher os espaços e branco co os valores desejados e e seguida clicar e CALCULAR para se obter coo resposta as XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 10

11 perdas no regie lainar, turbulento L T e a eiciência hidráulica. Caso se deseje veriicar outro eleento, é só clicar e LIMPAR que todos os espaços e branco serão zerados. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir do apresentado é possível concluir que a erraenta desenvolvida será de grande utilidade para os proissionais que trabalha co projetos de poços para captação de águas subterrâneas, pois irá proporcionar a obtenção da eiciência hidráulica de poços co grande precisão e e enor tepo, quando coparado ao processo de cálculo anual. Esse resultado traz a vantage de que, ao coparar a eiciência hidráulica co os custos, será possível deterinar, co ais praticidade, ua condição otiizada de execução da obra. O sotware está e sua versão beta, onde a próxia etapa será divulga-lo na web e, por conseguinte, apriorá-lo por eio de sugestões de proissionais da área. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABAS. Associação Brasileira de Águas Subterrâneas. Disponível e: Acesso e: 10 de junho de 016. ARDOSO, F. B. F. OLIVEIRA, F. R. NASCIMENTO, F. S. VARELLA, P. L. N. FLORES, P. M. Poços tubulares construídos no Brasil In: XV Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas. ABAS. FEITOSA, Fernando A.c. MONOEL FILHO, João. Hidrogeologia - Conceitos e Aplicações.. ed. Fortaleza: CPRM - Serviço Geológico do Brasil, p. PORTO, R.M. Hidráulica Básica. São Carlos: Publicações EESC-USP, p. SABESP. Copanhia de Saneaento Básico do Estado de São Paulo. Disponível e: Acesso e: 10 de junho de 016. SWAMEE, P.K. Design o a subarine pipeline. J. Transp Eng. ASCE, 119 (1), , XIX Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas 11