Modelação matemática como ferramenta de gestão e exploração de sistemas de distribuição de água

Gomes, Ricardo

http://hdl.handle.net/10400.8/4634

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Gomes, Ricardo

Abstract(s)

A redução das perdas em sistema de distribuição de água, até níveis considerados economicamente viáveis e tecnicamente aceitáveis, constitui um dos principais objectivos para a maior parte das Entidades Gestoras de serviços públicos de abastecimento de água, tendo em vista alcançar a médio e longo prazo a sustentabilidade do serviço prestado. Esta realidade tem vindo a ser evocada a nível internacional, e, em Portugal, está consagrada no PEAASAR 2007-2013, que fixa a necessidade de reduzir as perdas de água para valores inferiores a 20% (Objectivo operacional 2). Neste contexto, a implementação de Zonas de Medição e Controlo (ZMC), sectorização do sistema em subsistemas de menor dimensão, pode dar um excelente contributo para atingir esses objectivos. Embora a sectorização da rede não permita directamente o controlo das perdas, acaba por ser um instrumento crucial no que concerne à sua detecção, caracterização e distribuição espacial. Além disso, facilita a implementação de estratégias activas de controlo de perdas, o estabelecimento de prioridades de intervenção na rede, a gestão das pressões ao longo do dia em função dos consumos, o controlo da facturação e monitorização de parâmetros relacionados com a qualidade da água. Partindo deste pressuposto, duas novas metodologias são propostas neste trabalho como ferramentas de gestão e exploração de sistemas de distribuição de água. Sabendo que a ocorrência de perdas de água, na sua grande maioria, ocorre na rede de distribuição nos ramais de ligação, a primeira metodologia proposta baseia-se num modelo matemático de simulação hidráulica e nas melhores práticas internacionais para gestão das perdas de água através da redução da pressão à entrada do sistema ou subsistema (mais comum na prática). Esta metodologia permite estimar os benefícios económicos directos originados pela redução da pressão na rede, particularmente em termos da redução da produção de água. No entanto, outros benefícios, como por exemplo, a redução da frequência de roturas, redução dos custos de controlo activo de fugas, a redução do consumo de energia e a redução do número de reclamações de utilizadores, podem ser adicionados. Além disso, pode ser ainda usada para definir o nível económico de perdas, ou seja, o nível a partir do qual não haverá mais interesse económico em reduzir as perdas de água. A segunda metodologia proposta neste trabalho está relacionada com o estudo de viabilidade e sustentabilidade do projecto de sectorização de redes de distribuição de água, incluindo a gestão da pressão ao longo da rede e durante o horizonte de projecto. Além disso, pode ser usada para planear os investimentos necessários em diferentes momentos, durante o horizonte de projecto, de acordo com as reais necessidades e os recursos financeiros da Entidade Gestora. Baseia-se na teoria dos grafos (algoritmo de Floyd-Warshall) para definir a geometria ou limites entre ZMC, e num algoritmo de optimização (baseado na meta heurística Simulated Annealing) ligado a um simulador hidráulico em regime quase-permanente para estudar as condições de fronteira entre ZMC, tal como o reforço da capacidade de transporte da rede e a gestão da pressão durante o horizonte de projecto. Para testar o desempenho das duas aplicações computacionais desenvolvidas, no final deste documento apresentam-se vários estudos de caso e discutem-se os resultados obtidos.