محافظت لوله ها در زمانی که آب در آنها جریان ندارد

شکسته شدن بخشی از لوله
 

نویسنده: اندرئو سیلور
مترجم: حبیب الله علیخانی

محافظت لوله ها در زمانی که آب در آنها جریان ندارد

جان ویلکنینگ، یک ریاضیدان از دانشگاه کالیفرنیا، می گوید: " من در مورد این مشکل فکر کردم. در واقع باید مسائل بهینه سازی بر روی این مشکل اجرا شود و مسئله به صورت ریاضی مد نظر قرار گیرد".
مشکل در واقع قابل توجه است. برای مثال، بررسی ها بر روی آب رسانی ناپیوسته در قبرس نشان داد که یک افزایش 30 تا 70 درصدی در شکستگی اتفاق افتاده در هر سال، مشاهده شده است (مطالعه در طی سال 2012 انجام شد).

وقتی یک لوله منفجر می شود، آب تمیز می تواند به زمین نشت کند. این مسئله ممکن است موجب آلوده شدن منابع آبی تمیز شود و یا در برخی موارد لوله ها ممکن است بسته شوند. این مسئله در حقیقت موجب کاهش افت در فشار آب نیز می شود.
امروزه، ویلکنینگ و تیم تحقیقاتی او شروع به توسعه ی ابزاری کردند که به مدیران آب و فاضلاب در جلوگیری از آسیب رسیده به لوله ها، کمک کند.

این تیم به این مسئله پی بردند که مدل هایی که امروزه برای جریان دادن آب در میان لوله ها استفاده می شود، به خوبی کار نمی کنند و نمی توانند با داده های جمع آوری شده، تطابق ایجاد کنند. بنابراین، این تیم تصمیم گرفتند تا مدل جدیدی ایجاد کرده و مسئله را برای آن بهینه سازی کنند.
برای توسعه ی این مدل، محققین ابتدا نحوه ی حرکت آب در داخل لوله های مختلف را در زمان های مختلف، شبیه سازی کردند. این کار بر اساس توصیف ریاضی جریان آب انجام شد. آنها یک مایع با متوسط سرعت حرکت مختلف را در یک جهت، انتخاب کرده و در نظر گرفتند.
وقتی یک لوله منفجر می شود، آب تمیز می تواند به زمین نشت کند. این مسئله ممکن است موجب آلوده شدن منابع آبی تمیز شود و یا در برخی موارد لوله ها ممکن است بسته شوند. این مسئله در حقیقت موجب کاهش افت در فشار آب نیز می شود. امروزه، ویلکنینگ و تیم تحقیقاتی او شروع به توسعه ی ابزاری کردند که به مدیران آب و فاضلاب در جلوگیری از آسیب رسیده به لوله ها، کمک کند.
آنها مدل خود را بر روی سه دیتابیس موجود آزمایش کردند و متوجه شدند که مدل آنها تطابق خوبی با واقعیت دارد.
وقتی مدل آنها آماده شد، آنها توانستند بدین وسیله الگوریتم هایی توسعه دهند که بواسطه ی آنها می توانستند راه حل های بهینه برای به حداقل رساندن فشار آب در داخل لوله ها، ایجاد کنند. این در حالی است که آنها می توانستند یک حد جریان بر روی آب قرار دهند. این مسئله، یک مورد چالش برانگیز است. در واقع ویلکنینگ گفته است که: در حقیقت این مسئله به خاطر این تا حدی پیچیده است که حتی اگر شما شیر آب خانه ی خود را با سرعت تکان دهید، موجب های ارتعاشی ایجاد شده به سختی بوسیله ی کامپیوتر پردازش می شوند.

این الگویتم ها ترکیب های مختلف را در زمانی مورد بررسی قرار می دهد که شیرهای کنترل باز و بسته می شوند. در نهایت، بهترین نتایج حاصله، به عنوان بهترین روش برای بهینه سازی فشار، مورد استفاده قرار می گیرد.
نتایج این مدل سازی ها در مجله ی ریاضی کاربردی (SIAM Journal of Applied Mathematics) به چاپ رسیده است.

نلسون می گوید: "کار انجام شده در این مقاله بتواند به درستی مدلی فراهم آورد که بواسطه ی آن بتوان سیستم های تأمین آب بهترین توسعه داد" اما امید داریم که این مسئله بواسطه ی محققین دیگر توسعه یابد. او فکر می کند که تحقیقات ریاضی بیشتر و همچنین جمع آوری داده های بیشتری در این زمینه، مورد نیاز می باشد.
 

بیشتر بخوانید: ابزارهای مورد استفاده برای بررسی خوردگی

سینیواسا لینگردی (Srinivasa Lingireddy)، مشاور مهندسی در شرکت فلوئید هامر (Fluid Hammer) می گوید: تحقیق بهینه سازی مشابهی در طی 25 سال گذشته انجام شده است. در حالی که مشکل جریان غیر مداوم آب، یک مشکل واقعی است و ایده ی بهینه سازی می تواند در نهایت منجر به بهبود این سیستم ها شود. او فکر می کند که اجرای این تکنولوژی امیدوارکننده است.
او می گوید: "سود این کار در کجا نمایان می شود؟"
 

زنگ اسویتاک (Zdenek Svitak)، مهندس عمران در گروه DHI جمهوری چک که در حقیقت در این مطالعه مشارکت داشته است، می گوید: هر بهینه سازی باید با در نظر گرفته میزان نیروی کار انجام شود زیرا سیستم های با جریان منقطع اغلب اتوماتیک نیستند.
او می گوید: "از نقطه نظر مهندسی، این مسئله ی مهمی است و پتانسیل کاری قابل توجهی دارد".

ویلکنینگ می گوید: مرحله ی بعدی در حقیقت بهبود فرایند مدل سازی است مثلا بهبود در اتصالات لوله ها یا بررسی اثر آلودگی های موجود در لوله ها. او می گوید: شبیه سازی های تیم او به مهندسین آب می گوید که چه زمانی لوله ها را باز کنند.
او همچنین می گوید: "ما به آنهایی راهنمایی هایی می کنیم که بدانند چگونه با شبکه های آب رسانی خود کار کنند".

برای بررسی مدل، آنها به مدیران آب مناطق مورد نظر ایمیل می زنند و روش بهینه را به آنها توضیح می دهند. مدیران نیز پس از انجام این کارها، نتایج حاصله را گزارش می دهند. در واقع او فکر نمی کند که این تکنولوژی در بخش های مورد نیاز، متداول شود اما به صورت ایده آل، می تواند یک سیستم شیر اتوماتیک و کنترل شده، در این بخش ها، وجود داشته باشد. البته این داده ها می تواند به صورت دستی نیز ثبت و گزارش شوند.
بهینه سازی می تواند منجر به کاهش فشار آب در حین قطع و وصل شدن آب شود. این مسئله در نهایت منجر به افزایش عمر لوله ها و عدم شکستگی پیش از موعد آنها می شود.
 

منبع
https://www.insidescience.org
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.