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

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DOI:

https://doi.org/10.18265/1517-0306a2020v1n51p166-180

Palavras-chave:

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

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.

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Referências

BARDALES, K. L. N. et al Otimização energética operacional de sistemas de bombeamento de água tratada utilizando algoritmos evolucionários multiobjetivo. In: XXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 2007, Belo Horizonte (Brasil). Anais... 2007.

BARBOSA, W. H. A. et al. Consumo de energia elétrica nos sistemas de abastecimento de água. In: 29º CONGRESSO NACIONAL DE SANEAMENTO E MEIO AMBIENTE, 2018, São Paulo (Brasil). Anais... 2018. 12 p.

BRASIL. Ministério do Desenvolvimento Regional. Secretaria Nacional de Saneamento. SNS. Sistema nacional de informações sobre saneamento: 24º diagnóstico dos serviços de água e esgotos – 2018. Brasília (Brasil): SNS/MDR, 2019. 180 p.

CARRIJO, I. B. Extração de regras operacionais ótimas de sistemas de distribuição de água através de algoritmos genéticos multiobjetivo e aprendizado de máquina. 2004. 233 f. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento)–Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos (Brasil), 2004.

DUARTE, P. H. A., COVAS, D. I. C. Avaliação do desempenho energético em sistemas de abastecimento de água. In: VIII SEMINÁRIO IBERO-AMERICANO, 2008, Lisboa (Portugal). Anais... 2008. 17p.

LACERDA, I. S. Regras de operação para sistemas de abastecimento de água com baixo nível de automação e sujeitos a incertezas. 2009, 167 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental)–Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande (Brasil), 2009.

LANSEY, K. E.; AWUMAH, K. Optimal pump operations considering pump switches. Journal of Water Resources Planning and Management, v. 120, n. 1, p. 17-35, 1994.

LUCENA, K. F. M. EPANET-IRRIG: aperfeiçoamento do EPANET para Aaplicações em sistemas de irrigação. Revista Principia, n. 20, p. 9-21, 2012.

MACHADO, E. C. N. et al. Operação multi-objetivo de sistemas de abastecimento de água: algoritmo genético. In: VIII SEMINÁRIO HISPANO-BRASILEIRO SOBRE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO URBANO DE ÁGUA (SEREA), 2008, Lisboa (Portugal). Anais... 2008.

NASCIMENTO, F, G. Diagnóstico operacional de um subsistema do sistema de abastecimento de água de Campina Grande. 2019. 83 f. Monografia (Tecnologia em Construção de Edifícios), Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba, Campina Grande (Brasil), 2019.

ROSSMAN, L. A. EPANET 2 users manual. Washington (United States): U.S. Environmental Protection Agency, 2002. 201 p.

SJOBOM JUNIOR, A. A.; OLIVEIRA, M. A. A. Otimização de bombeamento com algoritmos genéticos e previsor de nível nas próximas 24 horas. In: VI SEMINÁRIO IBEROAMERICANO SOBRE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO URBANO DE ÁGUA (SEREA), 2006, João Pessoa (Brasil). Anais... 2006.

VICENTE, R. V. Modelo de operação para centros de controle de sistemas de abastecimento de água - estudo de caso: sistema adutor metropolitano de São Paulo. 2005. 140 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Hidráulica)–Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo (Brasil), 2005.

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Publicado

2020-09-03

Edição

Seção

Engenharias I - Engenharia Sanitária, Hidráulica e Ambiental