Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Parras, Isabela Garcia
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 Estadual Paulista (Unesp)
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: http://hdl.handle.net/11449/193069
Resumo: Os sistemas de abastecimento de água envolvem a captação, tratamento e distribuição de água com a função de levá-la em quantidade e qualidade adequadas à população. Porém, isso envolve o consumo de grandes quantidades de energia elétrica, sendo a maior parte desse consumo destinada aos sistemas de bombeamento. Deste modo, como o custo da energia elétrica é diferenciado ao longo das horas do dia, faz-se necessário um planejamento do acionamento das bombas hidráulicas, para evitar que estas operem nos horários mais caros. Assim, este trabalho propõe um modelo matemático de otimização linear inteiro misto, que visa minimizar os gastos com energia elétrica de um sistema de abastecimento de água, com restrições que facilitam a operação da rede por parte do operador. Um planejamento do estoque de água nos reservatórios também é realizado, de modo a garantir o total atendimento da demanda. Características de hidráulica e dinâmica de fluidos relevantes para o problema são consideradas pelo modelo, juntamente com a atual estrutura tarifária energética do Brasil. Testes numéricos foram realizados através da implementação do modelo no software IBM ILOG CPLEX Optimization Studio para uma rede hipotética proposta neste trabalho, além de uma rede proposta pela literatura, mostrando a eficiência do modelo proposto e do solver CPLEX. Nas etapas dos testes, comparou-se o consumo energético de sistemas com diferentes condições de infraestrutura, concluindo-se que investimentos em bombas mais eficientes, em tubulações mais novas e manutenção para evitar vazamentos geram ganhos ambientais, sociais e econômicos.
id UNSP_3e6a1692a1c0eae8b4ef68430cde178f
oai_identifier_str oai:repositorio.unesp.br:11449/193069
network_acronym_str UNSP
network_name_str Repositório Institucional da UNESP
repository_id_str
spelling Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturaisMathematical model for optimization energy in supply systems, considering pressure zones and conditions structuralOtimização matemáticaEnergia elétricaModelos matemáticosAbastecimento de águaBombas hidráulicasElectricityWater supply systemsHydraulic pumpsOptimizationOs sistemas de abastecimento de água envolvem a captação, tratamento e distribuição de água com a função de levá-la em quantidade e qualidade adequadas à população. Porém, isso envolve o consumo de grandes quantidades de energia elétrica, sendo a maior parte desse consumo destinada aos sistemas de bombeamento. Deste modo, como o custo da energia elétrica é diferenciado ao longo das horas do dia, faz-se necessário um planejamento do acionamento das bombas hidráulicas, para evitar que estas operem nos horários mais caros. Assim, este trabalho propõe um modelo matemático de otimização linear inteiro misto, que visa minimizar os gastos com energia elétrica de um sistema de abastecimento de água, com restrições que facilitam a operação da rede por parte do operador. Um planejamento do estoque de água nos reservatórios também é realizado, de modo a garantir o total atendimento da demanda. Características de hidráulica e dinâmica de fluidos relevantes para o problema são consideradas pelo modelo, juntamente com a atual estrutura tarifária energética do Brasil. Testes numéricos foram realizados através da implementação do modelo no software IBM ILOG CPLEX Optimization Studio para uma rede hipotética proposta neste trabalho, além de uma rede proposta pela literatura, mostrando a eficiência do modelo proposto e do solver CPLEX. Nas etapas dos testes, comparou-se o consumo energético de sistemas com diferentes condições de infraestrutura, concluindo-se que investimentos em bombas mais eficientes, em tubulações mais novas e manutenção para evitar vazamentos geram ganhos ambientais, sociais e econômicos.The water supply systems involve the collection, treatment and distribution of water, aiming at taking it in appropriate quantity and quality to the population. However, this involves the consumption of large amounts of electrical energy, with most of this consumption is destined to pumping systems. In this way, as the cost of electricity is differentiated throughout the hours of the day, it is necessary to plan the activation of hydraulic pumps, so as to prevent them from operating at the most expensive times. Thus, this work proposes a mathematical model of mixed integer linear optimization, which aims at minimizing the expenditure on electricity from a water supply system, with restrictions that facilitate the operation of the network by the operator. Planning of the water supply in the reservoirs is also carried out, in order to guarantee the total fulfillment of the demand. Hydraulic and fluid dynamics characteristics relevant to the problem are considered by the model, together with the current energy tariff structure in Brazil. Numerical tests were performed through the implementation of the model in the textit software IBM ILOG CPLEX textit Optimization Studio for a hypothetical network proposed in this work and for a network proposed by the literature, showing the efficiency of the proposed model and the textit solver CPLEX. In the testing stages, the energy consumption of systems with different infrastructure conditions was compared, concluding that investments in more efficient pumps, newer pipes and maintenance to avoid leaks generate environmental, social and economic gains.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)134096/2018-5Universidade Estadual Paulista (Unesp)Soler, Edilaine Martins [UNESP]Universidade Estadual Paulista (Unesp)Parras, Isabela Garcia2020-07-29T20:09:23Z2020-07-29T20:09:23Z2020-06-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11449/19306933004056087P2porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNESPinstname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)instacron:UNESP2024-06-28T19:13:12Zoai:repositorio.unesp.br:11449/193069Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.unesp.br/oai/requestopendoar:29462024-08-05T17:57:20.959593Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)false
dc.title.none.fl_str_mv Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
Mathematical model for optimization energy in supply systems, considering pressure zones and conditions structural
title Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
spellingShingle Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
Parras, Isabela Garcia
Otimização matemática
Energia elétrica
Modelos matemáticos
Abastecimento de água
Bombas hidráulicas
Electricity
Water supply systems
Hydraulic pumps
Optimization
title_short Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
title_full Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
title_fullStr Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
title_full_unstemmed Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
title_sort Modelo matemático para a otimização energética em sistemas de abastecimento, considerando zonas de pressão e condições estruturais
author Parras, Isabela Garcia
author_facet Parras, Isabela Garcia
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Soler, Edilaine Martins [UNESP]
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.contributor.author.fl_str_mv Parras, Isabela Garcia
dc.subject.por.fl_str_mv Otimização matemática
Energia elétrica
Modelos matemáticos
Abastecimento de água
Bombas hidráulicas
Electricity
Water supply systems
Hydraulic pumps
Optimization
topic Otimização matemática
Energia elétrica
Modelos matemáticos
Abastecimento de água
Bombas hidráulicas
Electricity
Water supply systems
Hydraulic pumps
Optimization
description Os sistemas de abastecimento de água envolvem a captação, tratamento e distribuição de água com a função de levá-la em quantidade e qualidade adequadas à população. Porém, isso envolve o consumo de grandes quantidades de energia elétrica, sendo a maior parte desse consumo destinada aos sistemas de bombeamento. Deste modo, como o custo da energia elétrica é diferenciado ao longo das horas do dia, faz-se necessário um planejamento do acionamento das bombas hidráulicas, para evitar que estas operem nos horários mais caros. Assim, este trabalho propõe um modelo matemático de otimização linear inteiro misto, que visa minimizar os gastos com energia elétrica de um sistema de abastecimento de água, com restrições que facilitam a operação da rede por parte do operador. Um planejamento do estoque de água nos reservatórios também é realizado, de modo a garantir o total atendimento da demanda. Características de hidráulica e dinâmica de fluidos relevantes para o problema são consideradas pelo modelo, juntamente com a atual estrutura tarifária energética do Brasil. Testes numéricos foram realizados através da implementação do modelo no software IBM ILOG CPLEX Optimization Studio para uma rede hipotética proposta neste trabalho, além de uma rede proposta pela literatura, mostrando a eficiência do modelo proposto e do solver CPLEX. Nas etapas dos testes, comparou-se o consumo energético de sistemas com diferentes condições de infraestrutura, concluindo-se que investimentos em bombas mais eficientes, em tubulações mais novas e manutenção para evitar vazamentos geram ganhos ambientais, sociais e econômicos.
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020-07-29T20:09:23Z
2020-07-29T20:09:23Z
2020-06-05
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11449/193069
33004056087P2
url http://hdl.handle.net/11449/193069
identifier_str_mv 33004056087P2
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UNESP
instname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron:UNESP
instname_str Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron_str UNESP
institution UNESP
reponame_str Repositório Institucional da UNESP
collection Repositório Institucional da UNESP
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1808130051999268864