Study of the friction factor identification of convenience and roughness in water distribution networks through the reverse transient method with genetic algorithm

A Ãgua à um recurso natural essencial para todas as formas de vida e a sua distribuiÃÃo deve ser realizada com qualidade e sem desperdÃcios. Um dos mÃtodos de otimizaÃÃo dos sistemas de distribuiÃÃo de Ãgua à baseado na simulaÃÃo (modelagem) de redes hidrÃulicas reais atravÃs de modelos computacionais capazes de prever o seu comportamento nas situaÃÃes diversas ao logo da sua vida Ãtil. As principais etapas desse mÃtodo sÃo calibraÃÃo; operaÃÃo e controle; projeto e otimizaÃÃo; e traÃado de redes. A ideia deste trabalho à aprimorar uma dessas tÃcnicas, a de calibraÃÃo, processo de identificaÃÃo dos parÃmetros das tubulaÃÃes (fator de atrito, rugosidade, diÃmetros e outros) em redes existentes, na qual os mesmos sÃo considerados desconhecidos. A metodologia adotada à o MÃtodo Transiente Inverso (MTI) com otimizaÃÃo da tÃcnica de seleÃÃo da soluÃÃo atravÃs do algoritmo GenÃtico (AG). O objetivo principal à calibrar os principais parÃmetros (fator de atrito e rugosidade) a fim de analisar a conveniÃncia de duas tÃcnicas: cÃlculo do fator de atrito pelo mÃtodo pelo MTI-AG e a partir da rugosidade (com uso da fÃrmula de Swamee, 1993). O estudo à realizado para duas redes sintÃticas tiradas da literatura, mas que representam sistemas reais. As condiÃÃes impostas para a anÃlise sÃo: duas manobras de vÃlvulas (lenta e brusca) responsÃveis pelo evento transiente, o monitoramento de cargas transientes em somente 20% dos nÃs das redes e a utilizaÃÃo de dois tipo de seleÃÃo de soluÃÃo do algoritmo genÃtico (com elitismo e sem elitismo). Os experimentos sÃo realizados a partir de trÃs programas: o primeiro calcula as condiÃÃes permanentes, o segundo fornece cargas transientes por meio do MÃtodo das CaracterÃsticas (MOC) na busca das soluÃÃes das equaÃÃes de movimento no escoamento transiente e o terceiro, que trabalha de forma conjugada com os demais, seleciona os melhores resultados atravÃs de iteraÃÃes realizadas conforme o algoritmo genÃtico, tÃcnica inspirada nos mecanismos de evoluÃÃo dos seres vivos. Os resultados encontrados indicam que independente das condiÃÃes impostas inicialmente à mais eficiente identificar o fator de atrito a partir das rugosidades absolutas do que calibrar esse fator pelo MTI-AG devido a grande variabilidade dos fatores de atrito durante a ocorrÃncia do evento transiente.Water is an essential natural resource for all life forms and their distribution should be carried out with quality and without waste. One of the methods of optimization of water distribution systems is based on the simulation (modeling) of real hydraulic networks using computational models that can predict their behavior in various situations the logo of its useful life. The main steps of this method are calibration; operation and control; design and optimization; and route networks. The idea of ​​this work is to improve one such technique, the calibration parameters of the pipes identification process (friction factor, surface roughness, diameter and the like) existing in networks in which they are considered unknown. The methodology adopted is the Transient Inverse Method (MTI) with optimization of the solution selection technique by Genetic Algorithm (GA). The main objective is to calibrate the main parameters (friction and roughness factor) to analyze the convenience of two techniques: calculation of the friction factor by the method by MTI-AG and from the roughness (using the formula Swamee, 1993 ). The study is carried out for two taken synthetic networks of literature, but represent real systems. The conditions for the analysis are: two maneuvers valves (slow and abrupt) responsible for the transient event, the monitoring of transient loads in only 20% of the nodes of the networks and the use of two types of solution selection of genetic algorithm (with elitism and without elitism). The experiments are carried out through three programs: the first calculates the permanent conditions, the second provides transient loads through the method of characteristics (MOC) in the search for solutions of the equations of motion in the transient flow and the third, who works so combined with others, selects the best results through iterations performed according to the genetic algorithm, a technique inspired by the mechanisms of evolution of living beings. The results indicate that regardless of the conditions imposed is initially more efficiently identify the friction factor from the absolute roughness than calibrate this factor by MTI-AG due to the great variability of friction factors for the occurrence of the transient event