Aplicação de modelos de otimização na operação de sistemas elevatórios em redes de abastecimento de água

Kennedy Flávio Meira de Lucena

ORCID iD Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB), Campus Campina Grande Brasil

Resumo

Os sistemas de abastecimento de água são fundamentais para a sociedade e estão sendo cada vez mais exigidos em termos de quantidade e qualidade da água. Além desses dois aspectos, que são a base do serviço prestado, outras questões tem gerado muita pressão, a preservação ambiental, a qualidade do serviço das companhias e os custos aos consumidores. A melhoria na prestação do serviço e a redução de custos passam, necessariamente, pelo aperfeiçoamento da operação sistemas. O custo da energia com o bombeamento é um dos fatores que mais afeta o custo operacional dos sistemas. A relevância do custo da energia com o bombeamento motivou a realização deste trabalho. Por meio de modelagem computacional buscou-se minimizar os custos do bombeamento de um sistema real. A programação não linear e os algoritmos genéticos da ferramenta solver do Excel foram aplicadas para se obter o custo ótimo do bombeamento. As variáveis de decisão do modelo foram os intervalos de operação das bombas durante um ciclo de 24 horas. As principais restrições foram respeitar os limites dos reservatórios e a recuperação dos níveis ao final do ciclo de 24 horas. As duas técnicas foram capazes de encontrar soluções viáveis, no entanto, os algoritmos genéticos confirmaram sua lentidão em relação ao Gradiente Reduzido Generalizado (GRG). Em ambas as técnicas, o horário de ponta foi minimamente alocado na operação. Com relação ao sistema estudado constatou-se que o maior responsável pelo custo operacional é a adução da Estação de Tratamento de Água (ETA) ao R5, aproximadamente 81,69%, e existe uma limitação na capacidade de bombeamento que impede o desligamento total das bombas no horário de ponta. No presente trabalho, os seguintes consumos específicos foram obtidos: estação elevatória EE 1 (ETA-R5) 0,897kWh/m³; EE 2 (R5-R4) 0,16 kWh/m³; EE 3 (R4-RLS) 0,617037 kWh/m³ e EE 4 (R4-RC) de 0,471852 kWh/m³. Considerando a média do subsistema estudado tem-se 0,537 kWh/m³, sendo mais eficiente a EE 2 (R5-R4) e a menos eficiente a EE 1(ETA-R5). Isso pode ser justificado pela maior demanda e por ser necessária a operação em horário de ponta com bombas de elevada potência. O investimento na melhoria do sistema é necessário para aumentar sua eficiência energética e, consequentemente, reduzir os elevados custos da operação.

Palavras-chave


Sistema de abastecimento de água; Modelo de otimização; Custo de bombeamento; Consumo de energia


Texto completo:

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DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-0306a2020v1n51p166-180

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