Estimação da rugosidade em sistemas de abastecimento de água utilizando algoritmo genético e gêmeo digital

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Oliveira, Anne Louise Matos Barão
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 Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
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/123456789/26111
Resumo: A calibration of water supply systems is necessary at certain times due to the change in roughness, which is a parameter that changes over time or network conditions. The increase in roughness over time changes the hydraulic conditions of a pipe, as it reduces the pressure and diameter, which can bring blockages and overloads to the system, making a new calibration necessary to predict the model. In this work we present two projects of calibration methodology in water through genetic algorithms and digital twins in water supply networks using roughness, pressure drops and pressures as variables for optimization. The first method consists of creating a digital twin of an experimental bench that simulates the water supply in the Laboratory of Energy and Hydraulic Efficiency in Sanitation (LENHS) to estimate the roughness of the pipe. The digital twin was modeled using the data from the system components catalogs as parameters. The methodology consists in the use of an optimization algorithm (Trust Region Reflective) to change the roughness values and local losses of the pipe, seeking to minimize the error of the pressure and flow sensors. The second method was the implementation of a genetic optimization algorithm that was used in conjunction with EPANET, where it is possible to change the roughness in order to minimize the error between real and simulated pressure and flow. Scenarios were simulated in digital twin and EPANET under the same conditions for an algorithm performance comparison. The simulated results compared to the experimental ones obtained errors smaller than 5%, attesting that the methodologies used were able to calibrate the system. A comparison was also made between the methods and an error of 5% was obtained between them. Noting that the algorithm used also has good performance for this type of application.
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The first method consists of creating a digital twin of an experimental bench that simulates the water supply in the Laboratory of Energy and Hydraulic Efficiency in Sanitation (LENHS) to estimate the roughness of the pipe. The digital twin was modeled using the data from the system components catalogs as parameters. The methodology consists in the use of an optimization algorithm (Trust Region Reflective) to change the roughness values and local losses of the pipe, seeking to minimize the error of the pressure and flow sensors. The second method was the implementation of a genetic optimization algorithm that was used in conjunction with EPANET, where it is possible to change the roughness in order to minimize the error between real and simulated pressure and flow. Scenarios were simulated in digital twin and EPANET under the same conditions for an algorithm performance comparison. The simulated results compared to the experimental ones obtained errors smaller than 5%, attesting that the methodologies used were able to calibrate the system. A comparison was also made between the methods and an error of 5% was obtained between them. Noting that the algorithm used also has good performance for this type of application.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUma calibração de sistemas de abastecimento de água faz-se necessária em determinadas vezes devido à alteração de rugosidade que é um parâmetro que se altera ao longo do tempo ou condições da rede. O aumento da rugosidade com o passar do tempo altera as condições hidráulicas de uma tubulação, pois diminui a pressão e o diâmetro, podendo trazer bloqueios e sobrecargas ao sistema fazendo-se necessária uma nova calibração para previsão do modelo. Neste trabalho apresentam-se dois projetos de metodologia de calibração em água através de algoritmo genético e gêmeos digitais em redes de abastecimento de água utilizando a rugosidade, perdas de carga e pressões como variáveis para otimização. O primeiro método consiste na criação de um gêmeo digital de uma bancada experimental que simula o abastecimento de água no Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS) para estimação da rugosidade da tubulação. O gêmeo digital foi modelado utilizando os dados dos catálogos dos componentes do sistema como parâmetros. A metodologia consiste na utilização de um algoritmo de otimização (refletiva da região de confiança) para alteração dos valores de rugosidade e perdas locais da tubulação, buscando a minimização de erro dos sensores de pressão e vazão. O segundo método foi a implementação de um algoritmo de otimização genética que foi utilizado em conjunto com o EPANET, onde é possível alterar as rugosidades visando minimizar o erro entre a pressão e vazão real e simulada. Foram simulados cenários em gêmeo digital e EPANET sob as mesmas condições para uma comparação de desempenho de algoritmos. Os resultados simulados em comparação com os experimentais obtiveram erros menores que 5% atestando que as metodologias utilizadas conseguiram calibrar o sistema. Também foi feita uma comparação entre os métodos e obteve-se um erro de 5% entre eles. Constatando que o algoritmo utilizado também possui bom desempenho para este tipo de aplicação.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBGomes, Heber Pimentelhttp://lattes.cnpq.br/9852959315178905Oliveira, Anne Louise Matos Barão2023-01-31T20:37:38Z2022-09-262023-01-31T20:37:38Z2022-08-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/26111porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-05-22T16:34:18Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/26111Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2023-05-22T16:34:18Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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