Modelagem em regime transitório, simulação e otimização energética de um sistema de abastecimento de água baseado no reconhecimento de padrões de consumo

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise de um sistema de abastecimento de água contemplando-se as atividades de modelagem em regime transitório, otimização baseada na minimização do consumo de energia elétrica e reconhecimento de perfis de demanda. O estudo de caso envolve um segmento do sistema de abastecimento e distribuição de água da cidade de Salvador (Brasil) e a análise é focada na estação de bombeamento, linha adutora principal e reservatórios de distribuição de água. Como geralmente ocorre em sistemas análogos, a operação atual do sistema de bombeamento é realizada através de regras heurísticas baseadas no conhecimento de especialistas no processo de bombeamento e o controle da vazão de descarga das bombas é essencialmente do tipo liga/desliga. Neste contexto, o uso de conversores de frequência associado a uma abordagem sistêmica de otimização e predição de demanda pode representar um significativo potencial de melhoria na eficiência energética. A estratégia de otimização proposta determina a velocidade de rotação de bombas ao longo de um ciclo de trabalho de modo a assegurar um volume adequado de água no reservatório de distribuição e o devido atendimento à demanda horária de consumo. O modelo matemático desenvolvido possui um caráter genérico e permite realizar uma análise cuidadosa do sistema de abastecimento de água viabilizando também uma primeira avaliação de benefícios decorrentes do uso de bombas com rotação variável. A resolução do problema de otimização compreendeu modelos reduzidos baseados em Redes Neurais Artificiais e a predição da curva de demanda de acordo com a sazonalidade climática anual através de técnicas de reconhecimento de padrões em séries temporais univariadas. A comparação entre os resultados da simulação baseado no modelo fenomenológico e os dados medidos mostra que o modelo descreve a rede hidráulica de forma satisfatória, uma vez que o modelo é capaz de prever o comportamento dinâmico da vazão ao longo da linha adutora principal. Além disso, os resultados da otimização mostram os ganhos de economia de energia conseguida por meio do uso de conversores de frequência, considerando-se as restrições impostas e a variabilidade da demanda de consumo ao longo do ano.