Água limpa é uma das necessidades mais fundamentais da humanidade, e aqueles de nós que vivemos as áreas urbanas geralmente obtêm nossa água de algum tipo de sistema público centralizado. Operar um sistema de água é uma grande responsabilidade que tem implicações para a saúde e segurança públicas. Em áreas urbanas densas, um abastecimento de água limpa e abundante é uma necessidade absoluta, não apenas para beber, mas também para saneamento e combate a incêndios. E não é apenas algo de que precisamos de vez em quando; a água é uma necessidade constante, tanto de dia como de noite, nos fins de semana, feriados e em qualquer período entre eles. Portanto, o trabalho de encontrar água suficiente, torná-la segura para uso e, em seguida, distribuí-la de maneira confiável para os clientes do sistema, quase sem tempo de inatividade, é uma tarefa monumental que requer muita infraestrutura. E provavelmente o componente mais visível de um sistema público de água é o tanque de armazenamento elevado, também conhecido como torre de água. Meu nome é Grady e este é o Public Works, minha série de vídeos sobre infraestrutura e o mundo feito pelo homem ao nosso redor.
Digamos que você seja o proprietário de um sistema público de água . Você encontrou uma fonte de água em quantidade suficiente para seus clientes, encontrou uma maneira de limpar essa água para que seja segura para eles usarem e agora é hora de mandar a água embora. Existem algumas maneiras de levar água de um lugar para outro. Um deles é apenas transportar para lá. Seja nas costas de um animal, em um caminhão ou em uma garrafa em sua mochila, ainda carregamos água fisicamente o tempo todo. Mas geralmente não é a maneira mais eficiente. A primeira infraestrutura dedicada ao transporte de água foi o canal aberto. Seja em uma vala, canal ou aqueduto, a água é transportada pela gravidade, às vezes por distâncias muito longas. Ainda usamos canais abertos para transportar água para irrigação e drenagem, mas eles também apresentam algumas desvantagens. A água está exposta à poluição e contaminação, os canais dividem o terreno, tornando-o difícil de atravessar, e a água só pode fluir para áreas de altitude mais baixa do que onde começou. E esse último é uma grande desvantagem, especialmente se você estiver tentando levar água para uma área com colinas ou montanhas. Portanto, a maioria dos sistemas públicos de água hoje depende de canos para distribuição.
Simplesmente colocar um topo em um canal aberto nos permite tirar vantagem da pressão para mover os fluidos para onde quisermos. ir. Assim como os elétrons em um fio fluem de alta para baixa tensão, um fluido em um tubo flui de alta para baixa pressão. Portanto, se você aumentar a pressão em uma extremidade de um cano, poderá enviar sua água limpa para qualquer lugar que desejar. E como você aumenta a pressão da água? Com uma bomba. Uma bomba é um dispositivo que move fluidos. Em alguns casos, uma bomba literalmente eleva o fluido a uma altitude mais alta, mas na maioria dos casos uma bomba transmite energia a um fluido aumentando sua pressão. E as bombas, especialmente do tamanho de bombas que atendem cidades inteiras, são caras. Portanto, se você tiver a tarefa de escolher o tamanho da bomba de que precisa para o seu sistema público de água, o que fazer? Talvez você meça a quantidade de água que a cidade usa em um determinado dia e selecione uma bomba que corresponda a essa taxa de fluxo. Vamos ver como isso funcionaria.
É meia-noite na sua cidade e a maioria dos seus clientes de água está dormindo. Além dos clientes industriais que funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana, as demandas de água são mínimas e sua bomba não está tendo problemas para atendê-las. Mas por volta das 5 da manhã, os sistemas de irrigação automatizados começam a funcionar. Por volta das 6 da manhã, as pessoas começam a acordar, tomar banho, escovar os dentes, preparar o café da manhã, todas as coisas que exigem água. Não demora muito para que a demanda de água exceda a capacidade de sua bomba. Quase de cara, sua nova bomba não pode atender à demanda do seu sistema, porque ela foi dimensionada apenas para a média. A demanda de água em grandes áreas urbanas pode variar significativamente ao longo de um dia normal, com o pico de demanda por hora (geralmente de manhã ou à noite) sendo às vezes até 5 vezes a demanda diária média. Então, se você está tentando atender às necessidades de água do seu cliente usando apenas bombas, em vez de apenas uma, você pode precisar de até cinco bombas (ou uma bomba enorme que pode fazer o trabalho de 5). E não só isso, você terá que ligar e desligar constantemente as bombas para atender à demanda variável, aumentando o desgaste do seu equipamento. E é aqui que o armazenamento entra. Vamos adicionar uma torre de água ao sistema e tentar este experimento novamente.
É meia-noite e a demanda está baixa, mas sua bomba está funcionando totalmente aberto. Em vez de água fluindo para os clientes, ela está fluindo para a torre de água, enchendo o tanque lenta mas seguramente Conforme a manhã chega e a demanda começa a aumentar, sua bomba continua funcionando. Não é capaz de atender à demanda por conta própria, mas a água armazenada no tanque está fazendo a diferença. Todos os seus clientes estão recebendo a água de que precisam.Conforme as pessoas começam o dia, a demanda cai novamente abaixo da média. Porém, a bomba continua funcionando e o fluxo extra vai para o tanque. A demanda começa a aumentar novamente à medida que os residentes da cidade começam a preparar o jantar, tomar banhos e regar as plantas. Todo esse uso extra de água drena o tanque novamente antes que a maioria das pessoas vá para a cama e o ciclo comece novamente.
É muito fácil ver como o armazenamento torna seu sistema de água mais eficiente . Ele suaviza os picos e vales da demanda de água não apenas em suas bombas, mas em toda a sua infraestrutura a montante, incluindo sua estação de tratamento de água e abastecimento de água bruta. Sem armazenamento, todas essas instalações precisariam ser dimensionadas para o pico de demanda, aumentando seu custo. Com armazenamento suficiente, as bombas e outras infraestruturas podem ser dimensionadas para demandas médias, economizando não apenas custos, mas também complexidade, porque você não tem que prever mudanças na demanda e responder de acordo. Às vezes, esses picos e vales são previsíveis, mas às vezes não. Algumas das maiores demandas de água nas áreas urbanas são causadas por incêndios. Sem uma força de combate a incêndios e água suficiente para abastecê-los, os incêndios podem queimar fora de controle em áreas urbanas densas. Na verdade, muitos dos desastres mais mortais da história foram incêndios em cidades antes dos sistemas hídricos modernos. Agora, a maioria dos municípios e códigos de construção têm requisitos mínimos para a quantidade de água que deve estar disponível para os bombeiros. E ter água armazenada e pronta, como em uma torre de água, ajuda muito a responder a uma emergência.
Você pode estar pensando, vamos Grady . Isso não é novidade. Armazenamento é a solução milenar para qualquer situação em que o fornecimento não corresponda à demanda. E, sim, pode não ser nada notável armazenar água em um grande tanque. Mas as torres de água não são apenas grandes tanques, são grandes tanques elevados acima do solo. E isso porque as torres de água não estão apenas armazenando água; eles também estão armazenando energia. Os sistemas de distribuição de água dependem da pressão para levar a água para onde ela está indo. Se você já tomou banho com baixa pressão de água, sabe como pode ser frustrante, porque você simplesmente não consegue tirar água suficiente da torneira. Pressurizar um sistema de água também é importante para a saúde pública. Sem pressão suficiente nas tubulações, os contaminantes podem entrar no sistema por meio de torneiras ou pequenos vazamentos. A maioria dos sistemas de água obtém sua pressão das bombas, e é preciso muita energia para manter essa pressão. Portanto, ter a capacidade de armazenar não apenas a água em si, mas também a energia que foi transmitida a ela pelas bombas é importante. Em algumas áreas, onde os custos de eletricidade variam de acordo com a demanda, você pode ligar as bombas à noite, quando a eletricidade é barata, para encher sua torre de água. Depois, deixe as bombas desligadas durante o dia, quando a eletricidade é mais cara, permitindo apenas que a torre pressurize o sistema e atenda seus clientes. O armazenamento de energia dessa forma também é realizado em uma escala maior para ajudar na confiabilidade da rede elétrica, mas isso é um assunto para outro vídeo. O armazenamento elevado também é benéfico durante uma queda de energia, mantendo o sistema pressurizado mesmo quando as bombas estão fora de serviço.
Mas quão elevados eles precisam ser? Você deve saber que a pressão dentro de um corpo d’água está relacionada à profundidade. Quanto mais fundo você vai, maior é a pressão. Assim como em uma piscina ou no oceano, um sistema de distribuição de água tem a mesma relação entre profundidade e pressão. Acontece que está confinado a uma série de tubos. Então, você pode imaginar um sistema de distribuição de água como um oceano virtual sob o qual todos vivemos, e a superfície da água em tanques de armazenamento elevados representa a superfície do oceano virtual. Imaginar um sistema de água dessa forma torna mais fácil ver o desafio de fornecer água aos clientes na pressão certa. Se nossas cidades fossem planas, isso seria muito simples. Todos os edifícios teriam a mesma profundidade no oceano virtual. Mas a maioria das áreas tem pelo menos alguma quantidade de relevo topográfico. Os clientes em baixas elevações estão no fundo do oceano virtual, onde as pressões podem ser muito altas. Você pode pensar que isso é uma coisa boa, mas encanamentos e eletrodomésticos são classificados apenas para certas pressões, portanto, exceder essas classificações pode causar sérios danos. Às vezes, os edifícios em elevações baixas serão equipados com válvulas especiais para reduzir a pressão. Os clientes em grandes altitudes estarão próximos à superfície do oceano virtual, com pressão de água muito baixa. Como mencionei, isso não só pode ser frustrante, mas também pode levar à contaminação do sistema. Para resolver esse desafio, muitas cidades grandes mantêm sistemas de distribuição separados chamados de zonas de pressão, cada uma com sua própria torre de água, para atender clientes em diferentes elevações dentro da cidade.
Mas , o que acontece se você precisar atender clientes em elevações diferentes no mesmo local?Prédios altos, como arranha-céus, podem ter pressão de água adequada nos andares inferiores, enquanto os andares superiores podem subir próximo à superfície ou até acima do oceano virtual no sistema de distribuição de água. Portanto, em vez de depender da pressão da água da cidade, a maioria dos edifícios altos usa suas próprias bombas para fornecer água aos andares superiores. E algumas cidades, como Nova York, até exigem que cada edifício tenha seu próprio tanque de armazenamento elevado.
Nem toda cidade usa torres de água. Alguns têm todo o abastecimento de água em uma altitude mais elevada, minimizando a necessidade de adicionar pressão ao sistema. E, às vezes, faz mais sentido confiar apenas nas bombas para manter o sistema em pleno funcionamento. Afinal, as torres de água não são baratas, elas ocupam muito espaço e podem permitir que a água estagnasse se não circular o suficiente. Mas, com o abastecimento público de água, a confiabilidade é fundamental. E, já faz muito tempo que a gravidade foi desligada por causa de uma tempestade, então os tanques de armazenamento elevados (de alguma forma ou estilo) estão definitivamente aqui para ficar. Obrigado por assistir e me diga o que você achou!
