Análise da eficiência energética e modelo de calibração em sistemas de abastecimento de água

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Silva, Raquel Xavier
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia Elétrica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35624
Resumo: This study analyzed the energy efficiency and calibration of the hydraulic model of the Water Supply System (WSS) of a flat glass manufacturing plant. The objective was to optimize the operation of well pumps and calibrate the hydraulic model, enabling a more accurate estimation of hydraulic variables and, consequently, improving the operation of the plant's water distribution network. The research, which follows a quantitative and operational approach, was applied to the WSS of a factory located in Goiânia, Pernambuco. Simulations were conducted using the EPANET software to minimize discrepancies between the simulated flow rates and those obtained through an Evolutionary Algorithm implemented in Python. The analysis included hydro-energy balance calculations and model calibration through iterative evolutionary processes. Additionally, water consumption data were collected and analyzed to propose pump operation strategies, aiming at energy efficiency through the use of frequency inverters. The results demonstrated the effectiveness of the methodology adopted for optimizing the WSS. The analysis of flow rate data and hourly consumption profiles allowed for identifying peak and off-peak demand periods, supporting the definition of more efficient operational strategies. The evaluation of historical flow rate data enabled the proposal of a pump operation model that resulted in reduced energy costs. Considering the annual scenario, the economic analysis indicated that investing in inverters for pumps with higher flow rates at the well outlets is financially viable, with an estimated return on investment in less than 18 months. The hydraulic modeling conducted with EPANET, combined with calibration based on evolutionary algorithms, provided accurate estimates of pressures and flow rates, closely reflecting the real operation of the plant. The relative errors remained below 3% for flow rates and pressures and under 5% for head losses in the pipeline sections, demonstrating the reliability of the adopted approach. This study makes a significant contribution to hydraulic modeling and energy efficiency in water supply systems, highlighting the importance of model calibration and consumption profile analysis in the pursuit of a more efficient water distribution system operation.
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Simulations were conducted using the EPANET software to minimize discrepancies between the simulated flow rates and those obtained through an Evolutionary Algorithm implemented in Python. The analysis included hydro-energy balance calculations and model calibration through iterative evolutionary processes. Additionally, water consumption data were collected and analyzed to propose pump operation strategies, aiming at energy efficiency through the use of frequency inverters. The results demonstrated the effectiveness of the methodology adopted for optimizing the WSS. The analysis of flow rate data and hourly consumption profiles allowed for identifying peak and off-peak demand periods, supporting the definition of more efficient operational strategies. The evaluation of historical flow rate data enabled the proposal of a pump operation model that resulted in reduced energy costs. Considering the annual scenario, the economic analysis indicated that investing in inverters for pumps with higher flow rates at the well outlets is financially viable, with an estimated return on investment in less than 18 months. The hydraulic modeling conducted with EPANET, combined with calibration based on evolutionary algorithms, provided accurate estimates of pressures and flow rates, closely reflecting the real operation of the plant. The relative errors remained below 3% for flow rates and pressures and under 5% for head losses in the pipeline sections, demonstrating the reliability of the adopted approach. This study makes a significant contribution to hydraulic modeling and energy efficiency in water supply systems, highlighting the importance of model calibration and consumption profile analysis in the pursuit of a more efficient water distribution system operation.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqEste estudo analisou a eficiência energética e a calibração do modelo hidráulico do Sistema de Abastecimento de Água (SAA) de uma fábrica de vidros planos. O objetivo foi otimizar o acionamento das bombas dos poços e calibrar o modelo hidráulico, permitindo estimar com maior precisão as variáveis hidráulicas e, assim, aprimorar a operação da rede de distribuição de água da fábrica. A pesquisa, de abordagem quantitativa e operacional, foi aplicada ao SAA de uma fábrica localizada em Goiânia, Pernambuco. Foram realizadas simulações no software EPANET, com o intuito de minimizar as diferenças entre as vazões simuladas e aquelas obtidas por meio de um Algoritmo Evolutivo implementado em Python. A análise incluiu a realização de balanços hidroenergéticos e a calibração do modelo por meio de processos evolutivos interativos. Além disso, foram coletados e analisados dados de consumo de água para propor estratégias de acionamento do sistema de bombeamento, visando a eficiência energética por meio da operação com inversores de frequência. Os resultados demonstraram a eficácia da metodologia adotada para otimização do SAA. A análise dos dados de vazão e dos perfis de consumo horários permitiu identificar os períodos de maior e menor demanda, subsidiando a definição de estratégias operacionais mais eficientes. A avaliação dos dados históricos de vazão possibilitou a proposição de um modelo de acionamento das bombas que resultou em redução dos custos energéticos. Considerando o cenário anual, a análise econômica indicou que o investimento de inversores nas bombas com maior vazão na saída dos poços apresenta viabilidade financeira, com retorno de investimento estimado em menos de 18 meses. A modelagem hidráulica realizada com o EPANET, aliada à calibração baseada em algoritmos evolutivos, proporcionou estimativas precisas de pressões e vazões, refletindo a operação real da planta com maior exatidão. Os erros relativos ficaram abaixo de 3% para as vazões pressões e inferiores a 5% para as perdas de carga nos trechos, demonstrando a confiabilidade da abordagem adotada. Este estudo contribui significativamente para a modelagem hidráulica e a eficiência energética em sistemas de abastecimento de água, ressaltando a importância da calibração do modelo e da análise dos perfis de consumo na busca por uma operação mais eficiente da rede de distribuição.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPBVillanueva, Juan Moíses Mauriciohttp://lattes.cnpq.br/1446817462218646Gomes, Heber Pimentelhttp://lattes.cnpq.br/9852959315178905Silva, Raquel Xavier2025-09-03T11:55:37Z2025-03-172025-09-03T11:55:37Z2025-02-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35624porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-09-04T06:04:19Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/35624Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462025-09-04T06:04:19Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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