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É com a convicção de poder contribuir para um maior envolvimento dos técnicos, e operacionais que trabalham com a rede de distribuição de águas do concelho de Sesimbra, de modo a poder contribuir para a sustentabilidade e uma gestão mais eficaz da mesma, que se apresenta este trabalho. O mesmo pretende dar a conhecer de uma forma global, o trabalho desenvolvido na Unidade Técnica de Gestão de Águas (UTGA), da Câmara Municipal de Sesimbra (CMS), as diferentes soluções, novas formas de gestão, visualização e auxílio na decisão. Será descrita a metodologia utilizada para o desenvolvimento do trabalho e obtenção dos resultados que são esperados. Este trabalho consiste no carregamento de dados na plataforma G/Interaqua, um Sistema de Informação Geográfica (SIG), descrevendo metodologias, efetuando ajustes e correções na rede. Carregar a base de dados na plataforma G/Interaqua é uma das funções principais na área dos SIG, inserido na UTGA. No que diz respeito a zonas de medição de caudal e pressão, executar a divisão do sistema em subsistemas, para posteriormente através da modelação hidráulica poder corrigir ou implantar no terreno equipamentos para controle e monotorização da rede. It is with the conviction of being able to contribute to a greater involvement of technicians and operators who work with the water distribution network of the municipality of Sesimbra, in order to contribute to its sustainability and a more effective management, that this job. The same intends to make known in a global way, the work developed in the Technical Unit of Water Management (UTGA), of the Municipality of Sesimbra (CMS), the different solutions, new forms of management, visualization and aid in the decision. The methodology used to develop the work and obtain the expected results will be described. This work consists of loading data on the G/Interaqua platform, a Geographic Information System (GIS), describing methodologies, making adjustments and corrections in the network. Loading the database on the G/Interaqua platform is one of the main functions in the GIS area, inserted in the UTGA. With regard to flow and pressure measurement areas, perform the division of the system into subsystems, so that later, through hydraulic modeling, it can be corrected or implemented in the field equipment for control and monitoring of the network.

RESUMO O contínuo crescimento de áreas urbanas é uma realidade vivenciada no âmbito global. Esse crescimento, no entanto, na maioria das vezes, não é seguido de um planejamento da ocupação territorial, especialmente no que diz respeito às articulações com o provimento dos serviços de infraestrutura urbana, a exemplo dos sistemas de abastecimento de água. Dentre outras consequências, esses distanciamentos, somados ao crescimento populacional, agravam o risco de desabastecimento de água nessas áreas. Analisando-se a cidade paraibana Campina Grande, Nordeste do Brasil, o presente artigo identificou interfaces entre o chamado processo de produção do espaço urbano e o consequente risco de desabastecimento. Analisa-se especificamente o bairro Catolé, representativo de acelerada urbanização nas últimas três décadas, decorrente de ações de diferentes agentes produtores do espaço. É empregada análise espacial multicritério para determinação do risco de desabastecimento, realizando-se análise comparativa entre os anos de 2000 e 2010. Os resultados apontam a importância de elevar a profundidade nas discussões a respeito da forma como as cidades são construídas, considerando-se não apenas os critérios técnicos e avançando-se na compreensão de como diferentes interesses envolvidos no processo de produção do espaço urbano condicionam a cidade a um maior ou menor risco de desabastecimento de água.

An efficient water supply system is essential to guarantee access to such an essential resource for life, whether in the most diverse consumer segments: residential, commercial and industrial. A typical water supply system is composed of several physical elements (sensors, transducers, valves, pumps, etc.) and some of these elements that make up this scenario have high costs and/or complex installation. In this way, the technique of indirect measurement of a certain quantity from another already known can be used as an alternative in order to reduce costs with equipment that would promote that desired measurement. This technique would dispense with the use of a specific sensor directly in the plant when this device has a high acquisition value or its installation is complex from an operational point of view. Thus, this work aims to implement a virtual instrument (called a soft sensor) using artificial neural networks capable of estimating the flow in a plant that emulates a water supply system. The plant used for the validation of the soft sensor is installed in the Laboratory of Energy and Hydraulic Efficiency in Sanitation of the Federal University of Paraíba (LENHS/UFPB). Computer simulations and several laboratory tests were performed promoting the comparison between the values measured through the soft sensor versus values measured through a real electromagnetic flow sensor and the highest value referring to the maximum error obtained was 4,7 l/s in one of several tests performed with Mean Percentage Absolute Error of up to 0.0023% in another test. Furthermore, other robust parameters were obtained and the results obtained corroborated the efficiency of the technique presented. Nenhuma Um eficiente sistema de abastecimento de água é fundamental para a garantia de acesso a um recurso tão essencial à vida, seja nos mais diversos segmentos de consumo: residencial, comercial e industrial. Um sistema de abastecimento de água típico é composto por diversos elementos físicos (sensores, transdutores, válvulas, bombas etc.) e alguns desses elementos que compõem esse cenário possuem custos elevados e/ou instalação complexa. Desse modo, a técnica de medição indireta de uma determinada grandeza a partir de uma outra já conhecida pode ser utilizada como uma alternativa a fim de redução de custos com equipamentos que iriam promover aquela mensuração desejada. Esta técnica dispensaria a utilização de um determinado sensor direto na planta quando este dispositivo possui valor elevado de aquisição ou sua instalação for complexa do ponto de vista operacional. Desse modo, este trabalho possui como objetivo a implementação de um instrumento virtual (denominado de soft sensor) utilizando redes neurais artificiais capaz de estimar a vazão em uma planta que emula um sistema de abastecimento de água. A planta utilizada para a validação do soft sensor está instalada no Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento da Universidade Federal da Paraíba (LENHS/UFPB). Simulações computacionais e vários testes de laboratório foram realizados promovendo a comparação entre os valores mensurados por meio do soft sensor versus valores mensurados através de um sensor eletromagnético real de vazão e o maior valor referente ao erro máximo obtido foi de 4,7 l/s em um dos vários testes realizados com Erro Absoluto Médio Percentual de até 0,0023% em outro teste. Ademais, foram obtidos outros parâmetros robustos e os resultados obtidos corroboraram com a eficiência da técnica apresentada.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica (especialização em Tecnologia Ambiental), A principal preocupação das entidades gestoras de Sistemas de Abastecimento de Água (SAA) é a qualidade da água e a sua manutenção ao longo dos sistemas de distribuição. Além de ser a maior preocupação, é também uma tarefa difícil de realizar, devido à complexidade das redes de abastecimento. Posto isto, o principal objetivo deste trabalho passa por disponibilizar informação relativa à evolução da qualidade da água ao longo do sistema adutor em estudo. Além disso, pretendeu se também desenvolver uma ferramenta de predição da evolução da qualidade da água, que possa depois ser utilizada pela empresa. Para isso, recorreu-se a 3 formas de modelação do sistema em estudo: software EPANET, ajuste a modelos cinéticos em Excel e com recurso a um modelo de machine learning (árvores de decisão). A modelação em EPANET revelou-se ser uma tarefa muito complexa, uma vez que é uma ferramenta que necessita de algum conhecimento técnico para uma correta abordagem. Também a dificuldade em gerar os dados necessários para a construção e calibração do modelo fez com que não se tornasse possível obter uma modelação adequada ao SAA em estudo. O método mais rudimentar utilizado, por aplicação de modelos cinéticos em Excel, já utilizado por certa forma pela empresa, mostrou apresentar alguns erros, uma vez que não considera todas as variáveis que provocam o decaimento de cloro. Contudo, é uma ferramenta fácil de utilizar e dá uma ideia aproximada do decaimento de cloro global. Por fim, recorreu-se ao modelo de Árvores de Decisão, que mostrou ser um modelo com uma taxa de erro relativamente baixa, pelo que é o modelo que mais se aproxima ao sistema real., The main concern of managing entities of Water Supply Systems is the water quality and its maintenance throughout the distribution systems. In addition to being the biggest concern, it is also a difficult task to carry out due to the complexity of supply networks. That said, the main objective of this work is to provide information about the evolution of water quality along the system under study. Moreover, it was also intended to develop a tool to predict the evolution of water quality, which can then be used by the company itself. For that, 3 ways of modelling the system under study were used: EPANET software, adjustment to kinetic models in Excel and using a machine learning model (decision trees). Modelling in EPANET turned out to be a very complex task, as it is a tool that needs some technical knowledge for a correct approach. Also, the difficulty in generating the data provided for the construction and calibration of the model made it impossible to obtain an adequate modelling for the system under study. The most rudimentary method used, by applying kinetic models in Excel, already used by the company, showed some errors, since it does not consider all the variables that cause chlorine decay. However, it is an easy-to-use tool and gives an idea about the global chlorine decay. Finally, the decision trees model was used, which proved to be a model with a relatively low error rate, making it the closest model to the real system., Este trabalho é financiado por fundos nacionais através da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia, I.P., no âmbito do projeto DSAIPA/AI/0099/2019

O aproveitamento do potencial energético presente em sistemas de abastecimento de água através de Bombas Funcionando como Turbinas (BFTs) é uma alternativa que vem apresentando viabilidade técnica e econômica devido ao custo reduzido das bombas utilizadas, porém o baixo potencial energético disponível em cada ponto e a infraestrutura necessária no local pode inviabilizar economicamente a implantação deste sistema. Para facilidade de manutenção, segurança e garantia da pressão estabelecida em normas técnicas, é necessário conter equipamentos como registros, filtro, hidrômetro e Válvula Redutora de Pressão (VRP) em sistema de by pass contido em caixa de proteção, o que pode levar na elevação do custo de implantação. Desta forma, este trabalho analisou a viabilidade econômica para a instalação da BFT e seus equipamentos anexos, considerando o potencial energético disponível, a infraestrutura presente, o custo de instalação e a geração energética futura para a seção estudada. Esta análise foi realizada através do cálculo do Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Custo Nivelado de Energia – ou Levelized Cost of Electricity (LCOE) – e payback, avaliando três cenários com diferentes níveis de infraestrutura no local. O cenário ideal, que considera a existência de toda infraestrutura, obteve como resultado R$ 7.251,17 de VPL, 21% de TIR, Custo Nivelado de Energia de R$ 0,55/kWh e payback de aproximadamente seis anos, com intervalo de potência de geração de 0,11 kW a 0,32 kW e geração anual de 1.772,81 kWh. O cenário que apresenta apenas a obra civil como infraestrutura existente não apresentou viabilidade econômica, resultando em um prejuízo de R$ 12.653,10, 2% de TIR e Custo Nivelado de Energia de R$ 1,58/kWh. O cenário real, que necessita a instalação de toda infraestrutura, também não apresentou viabilidade de implantação, resultando em um prejuízo de R$ 22.714,19, -1% de TIR e Custo Nivelado de Energia de R$ 2,10/kWh. The use of the potential energy embedded in water supply systems through Pumps as Turbines (PATs) is an alternative that has been showing technical and economic viability due to the reduced cost of the pumps used. However, the system implementation may become economically unviable due to low potential energy available at each point and the need to project on-site infrastructure. In order to ease of maintenance, safety and guarantee of the pressure established in technical standards it is necessary to contain equipment such as drawer, filter, water meter and Pressure Reducing Valve (PRV) registers in a by-pass system contained in a protection box, which can lead to higher deployment costs. In view of the referenced problems, this paper proposes to analyze the economic feasibility for the installation of BFT and its attached equipment, considering the available potential energy, the present infrastructure, the installation cost and the future energy generation for each section studied. This analysis will be performed by calculating the Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), Levelized Cost of Electricity (LCOE) and payback, measuring three scenarios with different infrastructure levels on site. The ideal scenario, that considers the existence of the entire infrastructure, obtained the result of R$ 7,251.17 (NPV), 21% of IRR, R$ 0.55/kWh levelized cost of electricity and approximately payback in six years, with power generation range of 0.11 kW up to 0.32 kW and annual generation of 1,772,81 kWh. The scenario that only presents civil works as existing infrastructure did not present deployment feasibility, resulting in a R$ 12,653.10 demage, 2% of IRR and Leveled Cost os Energy os R$ 1.58/kWh. The real scenario, which depends on the installation of the entire infrastructure, also did not present deployment feasibility, resulting in a R$ 22,714.19 damage, -1% of IRR and R$2.10/kWh Levelized Cost of Electricity (LCOE).

Submitted by Jâmison Thiago Pinelli (jamison.thiago@unesp.br) on 2022-02-03T15:23:54Z No. of bitstreams: 1 Def. das Bases de um Sistema Especialista de Auxílio à Decisão no Combate às Perdas de Água.pdf: 2640859 bytes, checksum: 03f8d7fc07e3aa19c67958c013c10c64 (MD5) Rejected by Raiane da Silva Santos (raiane.santos@unesp.br), reason: O trabalho está sem ficha catalográfica e não passou por normalização da biblioteca. Por favor, entre em contato com a bibliotecária de sua unidade para receber maiores informações: raiane.santos@unesp.br Depois de regularizar, o trabalho poderá ser autoaruivado novamente. on 2022-02-03T16:48:16Z (GMT) Submitted by Jâmison Thiago Pinelli (jamison.thiago@unesp.br) on 2022-02-04T16:03:11Z No. of bitstreams: 1 Def. das Bases de um Sistema Especialista de Auxílio à Decisão no Combate às Perdas de Água.pdf: 2572445 bytes, checksum: 47cbf9cac2a801e76b543cd070fea1ec (MD5) Approved for entry into archive by Joao Josue Barbosa (joao.barbosa@unesp.br) on 2022-02-04T17:28:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pinelli_jt_me_ilha.pdf: 2572445 bytes, checksum: 47cbf9cac2a801e76b543cd070fea1ec (MD5) Made available in DSpace on 2022-02-04T17:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pinelli_jt_me_ilha.pdf: 2572445 bytes, checksum: 47cbf9cac2a801e76b543cd070fea1ec (MD5) Previous issue date: 2021-12-10 Neste estudo é proposto um Aplicativo WEB que investiga e auxilia o gerenciamento de possíveis problemas com relação a produção, reservação, abastecimento e perdas de água e de faturamento de um sistema de abastecimento de água urbano, e que tem como resultado melhorar a governança das águas. Direcionado a gestores que não tenham condições técnicas suficientes para resolução dos problemas e implantação de soluções para evitar o desperdício de água evitando assim também prejuízos financeiros, podendo aumentar a eficiência e eficácia dos sistemas de abastecimento de água. Foi adotada a Lógica Fuzzy para elaboração dos algoritmos matemáticos, testados inicialmente no software Excel, para posterior implementação no programa final, que facilita a utilização dos usuários. Com isso, os resultados esperados serão respostas rápidas de forma clara e objetiva, trazendo índices e ainda apontando as possíveis causas e indicando algumas soluções para cada problema constatado, podendo resultar em melhorias. Os dados de entrada do sistema serão: produção de água, demanda de água, reservação de água, volume de água hidrometrado, valor faturado da água consumida, quantidade de habitantes, consumo médio per capita, pressão disponível na rede. Com os resultados adquiridos, os gestores responsáveis pelos sistemas de abastecimento de água poderão tomar as decisões necessárias para as melhorias caso haja necessidade, seguindo as recomendações apresentadas pelo programa. In this study, a WEB Application is proposed that investigates and helps the management of possible problems related to production, reservation, supply and loss of water and billing of an urban water supply system, and which results in improving water governance. Aimed at managers who do not have sufficient technical conditions to solve problems and implement solutions to avoid wasting water, thus also avoiding financial losses, which can increase the efficiency and effectiveness of water supply systems. Fuzzy Logic was adopted for the elaboration of the mathematical algorithms, initially tested in Excel software, for later implementation in the final program, which facilitates the use of users. With this, the expected results will be quick answers in a clear and objective way, bringing indices and also pointing out the possible causes and indicating some solutions for each problem found, which may result in improvements. The system's input data will be: water production, water demand, water reserve, hydrometered water volume, billed value of water consumed, number of inhabitants, average consumption per capita, available pressure in the network. With the results obtained, the managers responsible for the water supply systems will be able to make the necessary decisions for improvements if necessary, following the recommendations presented by the program.

One of the biggest challenges of water supply systems is to manage water resources appropriately and efficiently during the distribution. These systems are efficient when they use or implement tools that provide low water and energy consumption, low maintenance cost and supply water according to demand. However, there are many design problems related to water supply systems due to their dimensions and particularities, such as high cost of implementation and operation and lack of monitoring for different scenarios, resulting in problems such as leakage. According to a Brazilian research from Sanitation National Information System 39% of water is wasted due to leakage. The Industry 4.0 concept brings new techniques and technologies that benefit water supply systems and improve the monitoring and control of the industrial process, such as the Internet of Things (IoT). The IoT in industry systems allows the interconnection between sensors and actuators through telecommunication devices and brings benefits such as low costs of implementation and maintenance and increased coverage of sensing and performance. However, the poor signal strength of radio frequency devices, the low signal coverage and the high power consumption are some of the problems faced by wireless systems. Therefore, this work aims to develop an acquisition and control system with hybrid communication. The system has long-range, low-power (LoRa) modules, in addition to compatibility with various industrial protocols. The hybrid structure minimizes the cost of deployment with LoRa, as it allows the interconnection of sensors and actuator in the vicinity of the transmission point through cables.The LoRa used in the system allows a remote monitoring and control of water tanks, pipelines or water pump stations in areas without internet or mobile data coverage. The system transmission through LoRa reaches 1.1 km. The main results to be highlighted are the mean of measurement of 0, 78% and the remote triggering of control through a web server. Nenhuma Um dos grandes desafios enfrentados por Sistemas de Abastecimento de Água é gerenciar eficientemente os recursos hídricos no decorrer da distribuição de água. Para considerá-los eficientes, é necessário utilizar ferramentas que proporcionem baixo consumo hídrico e energético, baixo custo de manutenção e que forneçam água mediante a demanda exigida. Entretanto, devido ao seu dimensionamento e particularidades, esses sistemas possuem uma série de dificuldades de projeto como: alto custo operacional e de implementação; ausências de soluções versáteis e robustas para monitoramento e controle. Essas dificuldades acarretam em um dos principais problemas em sistemas de abastecimento, que são as perdas por vazamentos. Segundo o Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento, mais de 39% de água potável é desperdiçada devido a vazamentos ao longo de sua distribuição. Com o surgimento da Indústria 4.0, novos conceitos e tecnologias vêm sendo aplicados em Sistemas de Abastecimento de Água, a fim de melhorar o monitoramento e controle de processos industriais. Dentre eles, destaca-se o conceito de Internet das Coisas ou Internet of Things. O uso desse conceito na indústria permite a interconexão entre sensores e atuadores por meio de dispositivos de telecomunicação, trazendo benefícios como redução de custos de implementação, de manutenção e ampliação da cobertura de redes industriais. Entretanto, a pouca robustez do sinal de rádio frequência, o baixo alcance de transmissão e o elevado consumo energético de dispositivos são alguns do principais empecilhos enfrentados por soluções sem fio. Dessa forma, neste trabalho tem-se como objetivo o desenvolvimento de um sistema de aquisição e controle com funcionalidade de comunicação híbrida. O sistema é composto por módulos de comunicação sem fio de longa distância e baixo consumo energético (LoRa), além de ser compatível com protocolos de comunicação consolidados industrialmente. A estrutura híbrida minimiza o custo envolvido no uso de LoRa, uma vez que permite interconectar sensores e atuadores nas proximidades do ponto de transmissão através de cabos. Além disso, o uso de LoRa pelo sistema permite o monitoramento e controle de reservatórios, adutoras ou estações elevatória de água de forma remota, localizados principalmente em pontos sem acesso a internet ou telefonia móvel. Em testes realizados, o alcance da transmissão do sistema via LoRa foi em torno de 1,1 km. Destaca-se também o erro médio de medição de 0, 78% e o acionamento remoto do controlador por um servidor web.

Submitted by Ana Raquel Faccioli (raquel.faccioli@unesp.br) on 2021-10-28T01:33:53Z No. of bitstreams: 1 Defesa versão final.pdf: 2823458 bytes, checksum: f25b856729ef31072abaa1f8876f6403 (MD5) Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2021-10-28T16:40:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 faccioli_ar_me_bauru.pdf: 2823458 bytes, checksum: f25b856729ef31072abaa1f8876f6403 (MD5) Made available in DSpace on 2021-10-28T16:40:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 faccioli_ar_me_bauru.pdf: 2823458 bytes, checksum: f25b856729ef31072abaa1f8876f6403 (MD5) Previous issue date: 2021-09-10 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A água é um recurso indispensável para a vida: precisamos dela tanto para o consumo quanto para a realização de tarefas das mais variadas. Para que tenhamos a nosso dispor toda a água necessária, é fundamental que os sistemas de abastecimento de água funcionem corretamente, levando água em qualidade e quantidades adequadas à população. Para isso, os sistemas de abastecimento utilizam bombas hidráulicas para elevar a água de modo a atender a demanda. Porém, isso envolve um alto custo elétrico, sendo do interesse das empresas de abastecimento diminuírem os mesmos. Além disso, a infraestrutura e os aspectos hidráulicos desses sistemas afetam diretamente o abastecimento da população e os custos com energia elétrica. Deste modo, este trabalho utiliza um modelo de programação linear inteira mista para otimização energética que considera condições estruturais do sistema e zonas de pressão, a fim de testar as soluções obtidas em um simulador hidráulico e avaliar o desempenho da rede e das soluções obtidas para cada uma das condições estruturais analisadas. Testes numéricos com duas redes hipotéticas propostas na literatura foram realizados, e as soluções obtidas juntamente com as redes consideradas foram implementadas no simulador hidráulico EPANET, testando e avaliando o funcionamento da rede em todos os períodos, para todos os dados originais, condições estruturais e soluções obtidas pelo modelo matemático. As simulações realizadas no EPANET comprovam a qualidade das soluções obtidas pelo modelo e sua viabilidade de aplicação. Water is an indispensable resource for life: we need it both for consumption and for carrying out the most varied tasks. In order to have all the necessary water at our disposal, it is essential that the water supply systems work correctly, bringing water of adequate quality and quantities to the population. For this, the supply systems use hydraulic pumps to raise the water in order to meet the demand. However, this involves a high electrical cost, and it is in the interest of the supply companies to reduce them. In addition, the infrastructure and hydraulic aspects of these systems directly affect the population's supply and electricity costs. Thus, this work uses a mixed integer linear programming model for energy optimization that considers structural conditions of the system and pressure zones, in order to test the solutions obtained in a hydraulic simulator and evaluate the performance of the network and the solutions obtained for each one of the structural conditions analyzed. Numerical tests with two hypothetical networks proposed in the literature were carried out, and the solutions obtained along with the considered networks were implemented in the EPANET hydraulic simulator, testing and evaluating the operation of the network in all periods, for all original data, structural conditions and solutions obtained by the mathematical model. The simulations carried out in EPANET prove the quality of the solutions obtained by the model and its application feasibility.

Fornecer água em quantidade, qualidade e pressão adequada a toda a população tem sido um dos grandes desafios da história da humanidade. Por serem sistemas vitais ao funcionamento da sociedade, os sistemas de abastecimento de água (SAA) focaram-se na eficácia do transporte de água para todas as casas e indústria, não dando a devida importância aos custos energéticos resultantes desse processo. Porém, com o contínuo crescimento populacional registado nos últimos anos e consequente aumento dos consumos, tornou-se essencial otimizar o sistema. Atualmente, as bombas são colocadas em funcionamento quando os depósitos responsáveis pelo abastecimento atingem um valor mínimo, sendo desligadas posteriormente quando estes atingem um determinado valor máximo. Este funcionamento é pouco eficiente, pois não tem em conta as variações do custo das tarifas de energia ao longo do dia. Ao longo das últimas décadas várias técnicas de simulação e simuladores têm sido desenvolvidos de modo a otimizar os SAA. De todos, o simulador mais comum é o software de simulação hidráulica EPANET. Apesar de ser amplamente utilizado e de obter excelentes resultados, o EPANET apresenta um processo de calibração extremamente complexo e pouco funcional. Nesta dissertação é apresentada uma solução para tornar os SAA mais eficientes, eliminando todo o processo de calibração associado ao EPANET. São utilizados métodos de aprendizagem automática (Machine Learning) na simulação e otimização de SAA de modo a garantir um padrão de funcionamento das bombas ideal, resultando no menor custo do consumo de energia possível. Para isso, são utilizados dois algoritmos com arquiteturas diferentes: ANN e XGBoost. São também testados dois modelos diferentes: um modelo diferencial e um modelo com os valores obtidos no final de cada variação temporal. Os resultados indicam que todos os modelos utilizados são capazes de prever com precisão o comportamento do sistema, principalmente o XGBoost diferencial que apresentou constantemente os melhores resultados. Assim, os modelos ML utilizados apresentam-se como uma excelente alternativa na modelação e otimização de sistemas de abastecimento de água reais. Providing water in adequate quantity, quality, and pressure to the entire population has been one of the challenges of human history. Being critical systems to the society, water supply systems (WSS) have focused on the effectiveness of transporting water to all homes and industries, not giving due importance to energy costs resulting from this process. However, with the continuous population growth in recent years and the consequent increase in water demand, it has become essential to optimize the system [1]. Currently, in the majority of the WSS, pumps start when the tanks reach the minimum, and switch off when the maximum value is reached. This operation is inefficient, as it does not consider the energy cost tariffs variations throughout the day nor any water demand forecasting. However, to predict the most efficient operation of WSS and considering that these are critical systems, it is necessary to model and calibrate these systems. However, even using well-recognized hydraulic simulators, the calibration of these models can be cumbersome. Much of this difficulty is due to pre-established formulations, which do not present enough flexibility to real data. Over the last few decades several simulation techniques and simulators have been developed to optimize WSS. Of all, the most common hydraulic simulation software is EPANET. Despite being widely used and obtaining excellent results, EPANET presents an extremely complex calibration process. In this work, a possible solution to the problem is presented using machine learning methods for simulating water supply systems and subsequently optimizing the system to ensure an optimal operation of the pumps, resulting in the lowest possible energy consumption and subsequent cost reduction. For this, two algorithms with different architectures are used: artificial neural networks and a decision tree-based algorithm (XGBOOST). Two different models are also tested: a differential and total time-updated model. Mestrado em Engenharia Mecânica

O controlo de sistemas de abastecimento de água (WSS) é executado diariamente nas estações elevatórias através de défices de volume dos reservatórios. Alguns progressos desenvolvidos nesta área, recorrendo aos tarifários de energia que variam ao longo do dia e na previsão de consumos finais com a ajuda computacional, permitiram aumentar a eficiência e diminuir o custo desta operação. A utilização de bombas com variadores de velocidade (VSD) pode contribuir positivamente para a melhoria deste processo, bem como a implementação de bombas em paralelo. Porém, a falta de confiança na utilização de VSD leva à dificuldade de seleção do ponto operacional adequado, ou seja, da velocidade de frequência adequada. Deste modo, este trabalho tem como principal objetivo demonstrar as potencialidades no uso de variadores de velocidade em instalação de bombas, incluindo a utilização de bombas em paralelo. Devido a este problema, uma ferramenta computacional capaz de simular com precisão o comportamento de uma bomba para um caso real foi desenvolvida. A ferramenta é usada para comparar diferentes cenários de operação de bombeamento, incluindo programação da bomba e a velocidade variável. Um algoritmo de otimização também é usado para conduzir aos controles operacionais mais eficientes para uma operação de 24 horas do WSS. Este trabalho demonstra que os VSDs contribuem para a economia de energia e custos. No entanto, também é demonstrado que a operação do VSD não pode ser feita manualmente por um operador, mas requer software de controle automático para a economia efetiva de energia e custos. The control of water supply systems (WSS) is performed daily using pumping stations and water volume deficits of the reservoirs. Some progress developed in this area, employing energy tariffs that vary throughout the day and water-demanding forecasts with computational resources, have increased the efficiency and decreased the cost of these systems. The use of pumps with variable speed drives (VSD) can contribute positively to the improvement of this process, as well as the implementation of parallel pumps in elevation stations. However, there is still a lack of confidence in the use of VSD due to the difficulty of the selection of the adequate operational point, i.e. the adequate frequency speed. This work has the main objective of proving the full potential of the use of variable speed drives in pump installations, including parallel pumps. For that purpose, a computational tool able to simulate accurately the pump behavior for a real case study was developed. The tool is used to compare different scenarios of pumping operation, including pump scheduling and variable speed. An optimization algorithm is also used to drive the best operational controls for a 24h operation of the WSS. This work demonstrates that VSDs contribute to both energy and cost savings. However, it is also demonstrated that the operation of VSD cannot be made manually by an operator but require automatic control software for effective energy and cost savings. Mestrado em Engenharia Mecânica

A questão da distribuição da água e o consumo energético são dois elementos que não se dissociam quando se trata de um Sistema de Abastecimento de Água (SAA). A construção, manutenção e/ou decisões relevantes a estes estão intrinsecamente ligados ao modo como estes devem funcionar. Reconhecendo que os Sistemas de Abastecimento de Água (SAA) são de elevada importância na socialização e industrialização de todos os Países, a sua implementação depende de estudos robustos. Antes da construção de uma SAA torna-se importante compreender os consumos no nexus água-energia. Neste contexto a modelação (calibração) da SAA torna-se necessária, pois os construtores, governos e tomadores de decisão terão consigo ferramentas que os auxiliem na fiscalização das operações do SAA. Tudo isso acontece com base em conhecimento e previsões que os modelos podem fornecer. A operacionalização do modelo funde-se com a metodologia usada para a modelação dos SAA, esta se baseou na recolha e tratamento de dados que foram usados para simular o modelo de estudo que recorreu às ferramentas digitais de modelação e gestão de redes que são modelos matemáticos e sotwares de previsão do comportamento das redes. O principal objetivo desta dissertação foi o de aplicar o software de modelação EPANET 2.0 ao SAA de Cantanhede. Nesta dissertação o estudo e análise centrou-se na calibração e operacionalização da parte do Sistema para adução em alta. Após a operacionalização do modelo e analisados os indicadores de eficiência que determinam o bom ou mau funcionamento do sistema, foi possível verificar que o software usado é fiável para o estudo e análise da rede hidráulica do SAA de Cantanhede. As conclusões deste estudo mostram que os modelos matemáticos são eficazes no prognostico de problemas e desenho de redes de SAA sem que se interfira em seu funcionamento. O modelo EPANET 2.0 envolvido no estudo foi eficiente na calibração para a análise do comportamento da SAA de Cantanhede na sua operação. Contudo, ainda existe muito trabalho a fazer que envolve o uso sustentável da água visto que a aplicação de medidas de promoção da sustentabilidade energética e hídrica tornam-se um ganho imensurável quer do ponto de vista económico, quer social e do ponto de vista ambiental. The issue of water distribution and energy consumption are two elements that do not dissociate when it comes to a Water Supply System (WSS). The construction, maintenance, and/or decisions relevant to these are intrinsically linked to the way they should work. Recognizing that Water Supply Systems (WSS) are of high importance in the socialization and industrialization of all countries, their implementation depends on robust studies. Before building a WSS, it is important to understand the consumption in the water-energy nexus. In this context, the modelling and calibration of the WSS become necessary, because the builders, governments, and decision-makers will have the tools that assist them in the inspection of the WSS operations. All of this happens based on the knowledge and predictions that the models can provide. The operationalization of the model merges with the methodology used for the modelling of the WSS, this was based on the collection and treatment of data that were used to simulate the study model that used the digital modelling and network management tools that are mathematical models and software to predict the behaviour of networks. The main objective of this dissertation was to apply the EPANET 2.0 modelling software to the WSS of Cantanhede. In this dissertation, the study and analysis focused on the calibration and operationalization of the part of the System for high adduction. After the operationalization of the model and the efficiency indicators that determine the good or bad functioning of the system were analyzed, it was possible to verify that the software used is reliable for the study and analysis of the hydraulic network of the WSS of Cantanhede. The conclusions of this study show that mathematical models are effective in predicting problems and designing WSS networks without interfering with their functioning. The EPANET 2.0 model involved in the study was efficient in the calibration for the analysis of the behavior of the WSS of Cantanhede in its operation. However, there is still a lot of work to do that involves the sustainable use of water since the application of measures to promote energy and water sustainability become an immeasurable gain, both from an economic, social and environmental point of view. Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis

O abastecimento de água a Montemor-o-Velho é efetuado pelo reservatório S. Gens (partes mais baixas), e pelo reservatório Cavalinha (partes mais altas), estando a gestão do sistema a cargo da empresa ABMG – Águas do Baixo Mondego e Gândara. Este sistema vem apresentando alguns problemas relativamente a pressões insuficientes e excessivas, pelo que o presente trabalho surge com o objetivo de efetuar um estudo aprofundado ao seu funcionamento, e obter resultados que possibilitem a identificação de soluções possíveis a incluir no sistema. Este estudo tem como premissa a modelação do sistema de abastecimento de água, utilizando como base a rede cadastrada no software de informação geográfica QGIS. O modelo será construído utilizando o software EPANET 2.0., um modelo computacional de simulação hidráulica. Pretende-se, por meio de simulações, identificar e demonstrar caminhos que se podem seguir considerando uma correta modelação e calibração do sistema, demonstrando os componentes do sistema (reservatórios, nós, condutas, válvulas, eletrobombas), definição dos padrões de consumo a partir do caudal medido, inserção das perdas de água ao longo das condutas, entre outros elementos, que influenciam os sistemas. A criação deste tipo de modelo, pode ter bastante relevância na gestão de um sistema de distribuição de água, pois possibilita aos gestores, na tomada de decisão, prever quais ações podem ser ideais para combater problemas na rede como pressões e caudais fora do estabelecido, perdas de água ao longo do sistema, e por meio das simulações do modelo identificar o possível comportamento do sistema ao realizar intervenções futuras.

Resumo O fornecimento de água potável às populações urbanas sofre com perdas derivadas tanto de vazamentos como de uso não autorizado. Esse subproduto da urbanização é desproporcionalmente maior em cidades grandes, o que sugere sua origem em mecanismos sociotécnicos complexos cujo comportamento se torna aparentemente imprevisível à medida que aumenta a atividade social. Com o objetivo de verificar essa hipótese e encontrar regularidades quantitativas entre o tamanho das cidades, o tamanho dos sistemas de distribuição e as perdas, analisamos a rede de municípios do sul do Brasil a partir da “Nova Ciência das Cidades”. Encontramos distribuições estatísticas altamente hierárquicas típicas de sistemas complexos naturais, bem como regimes de escala não lineares entre a população e os indicadores selecionados: expoente < 1para o tamanho da rede (extensão, no de ligações, volume produzido) e > 1 para o volume de perdas. As perdas, coerentemente, apresentaram maior volume per capita conforme aumentou a população, com “retornos crescentes” comparáveis a produtos da atividade social como diplomas universitários ou depósitos bancários. O estudo traz uma visão complementar ao problema das perdas, sugerindo certo grau de previsibilidade em nível regional, podendo assim contribuir para o planejamento e a gestão do fornecimento de água nas cidades brasileiras. Abstract The drinking water supply to urban populations suffers losses caused by leaks, theft and unauthorised use. This by-product of urbanisation is disproportionately greater in large cities, suggesting that it derives from complex socio-technical mechanisms, with apparently unpredictable behaviours as populations and social activities increase. With the purpose of verifying this hypothesis and seek for quantitative regularities between city size, the size of the utilities and the amount of losses, we analysed a network of municipalities in southern Brazil from the perspective of the "New Science of Cities”, using simple statistical techniques. We found highly hierarchical distributions, typical of natural complex systems, as well as non-linear scaling regimes between the cities’ population and the selected indicators: exponent 1 for the volume of losses. Water losses, consistently presented higher per capita volumes as the population increased, with “increasing returns” comparable to products of social activity such as university degrees or bank deposits. The study presents a complementary approach to the problem, suggesting a certain degree of predictability of the losses at a regional level that can inform policy-making and support better decisions regarding the supply of drinking water in Brazilian cities.

Water has become a target of concern in various social spheres around the world. The physical and quantitative situation of this natural resource directly influences the conditions of availability and access to it and also the quality of life and well-being of families. In this perspective, the understanding of water insecurity has gained strength at different levels of analysis. From the concept of water insecurity at home, it is observed that it is essential to reflect on its dimensions, which are: access, quality and perceived stress. The data for this level of research is also differentiated, as it focuses on understanding the relationship and everyday experience of households with water. Considering this context, the objective of this research is to carry out the socioeconomic characterization of the population of the area and the sources of water used; apply the household water insecurity scale; assess the water landscape and the level of insecurity in the work context. For this, the qualitative and quantitative methodology and the following methodological processes are used: bibliographic, documentary and survey research; collection of primary data through the application of questionnaires based on the HWISE scale; tabulation and data processing; elaboration of thematic maps; and testing and validation of the scale. It can be seen from the results obtained that families have an average income of up to two minimum wages. These have access, at least, to a source of water that, in general, is provided by the general supply network - (CAGECE), used for domestic and hygiene tasks. It appears that the second most common source is from bottled water, used for drinking. The search for alternative sources of water, with regard to bottled water, is justified by the feeling of quality and well-being it offers, according to the research participants. Users consider that its quality is superior to that offered by the general chain, which is characterized as unsuitable for drinking and, in some cases, cooking. Finally, the household water insecurity scale shows that families are under a situation of water security due to the existence of a complementary water system. A água tem se tornado alvo de preocupações em várias esferas sociais em todo o mundo. A situação física e quantitativa desse recurso natural influencia diretamente as condições de disponibilidade e acesso ao mesmo e também à qualidade de vida e bem-estar das famílias. Nessa perspectiva, a compreensão sobre a insegurança hídrica tem ganhado força em diferentes níveis de análise. A partir do conceito de insegurança hídrica a nível domiciliar, observa se que é imprescindível refletir sobre suas dimensões, as quais são: acesso, qualidade e estresse percebido. Os dados para esse nível de pesquisa também é diferenciada, pois tem como foco a compreensão da relação e experiência cotidiana dos agregados familiares com a água. Considerando esse contexto, objetiva se nesta pesquisa realizar a caracterização socioeconômica da população da área e d as fontes de água utilizadas; aplicar a escala de insegurança hídrica domiciliar avaliar a paisagem da água e o nível de insegurança do contexto do trabalho. Para tanto, utiliza se a metodologia quali quantitativa e o s seguintes processos metodológicos: pesquisa bibliográfica, documental e de levantamento; coleta de dados primários a partir da aplicação de questionários fundamentados na escala HWISE ; tabulação e processamento dos dados; elaboração de mapas temáticos; e testagem e validação da escala. Observa se com os resultados obtidos que as famílias possuem renda, em média, de até dois salários mínimos. Estas possuem acesso, no mínimo, a uma fonte de água que, em geral, é a fornecida pela rede geral de abastecimento (CAGECE), utilizada para as tarefas domésticas e higiene. Constata se ainda que a segunda fonte mais usual é proveniente de água engarrafada, usada para beber. A busca por fontes alternativas de água, no que se refere à engarrafada , é justificada pela sensação de qualidade e bem estar que oferece , segundo os participantes da pesquisa . Os usuários consideram que sua qualidade é superior a oferecida pela rede geral, esta caracterizada como imprópria para beber e, em alguns casos, cozinhar. Por fim, a escala de insegurança hídrica domiciliar constata que as famílias estão sob uma situação de seguridade hídrica devido a existência de um sistema complementar de água.

Submitted by Ana Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2021-02-02T12:02:08Z No. of bitstreams: 1 DM_JoanaSoares_2020_MEC.pdf: 15711802 bytes, checksum: dd14701120e3bc1a4707f645f142ec78 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2021-02-02T12:02:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DM_JoanaSoares_2020_MEC.pdf: 15711802 bytes, checksum: dd14701120e3bc1a4707f645f142ec78 (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-02T12:02:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DM_JoanaSoares_2020_MEC.pdf: 15711802 bytes, checksum: dd14701120e3bc1a4707f645f142ec78 (MD5) Previous issue date: 2020

Resumo A temática da insuficiência de água disponível para consumo é essencial no debate social devido à importância natural deste recurso e às previsões de aumentos exponenciais demográficos, o que introduziu uma maior pressão sobre o ciclo deste recurso finito e essencial para a manutenção do equilíbrio natural. A infraestrutura responsável pela sua distribuição deve ser concebida, mantida e explorada eficazmente. Este estudo aborda a modelação e a calibração digital desta tipologia de infraestruturas, recorrendo a um software da especialidade, aplicando-o a um caso prático: concelho de Câmara de Lobos, na Ilha da Madeira (Portugal). Através deste estudo e da análise do modelo foi possível verificar as elevadas perdas no sistema de distribuição, além das causas, i.e, elevadas pressões e velocidades a que estão sujeitas as componentes da rede, devido à orografia da ilha da Madeira. Resumen La insuficiencia de agua disponible para el consumo constituye un papel central en el debate social por la importancia natural de este recurso y las previsiones del aumento exponencial demográfico, introduciendo mayor presión sobre el ciclo de este recurso finito esencial para el equilibrio natural. Por ello, la infraestructura responsable de su distribución deberá ser concebida, mantenida y explotada de forma más eficiente. Este estudio aborda la modelación y calibración digital de dicha tipología de infraestructuras, recurriendo a un software de la especialidad y aplicándolo a un caso práctico: el municipio de Câmara de Lobos, en la isla de Madeira (Portugal). A través del estudio y análisis del modelo es posible verificar las pérdidas elevadas en el sistema de distribución y sus causas, que son las elevadas presiones y velocidades a las que están sujetos los componentes de la red debido a la orografía particular de la isla. Abstract Insufficiency of water available for consumption constitutes a central role in the social debate due to the natural importance of this resource and the predictions of the exponential demographic increase, putting more pressure on the cycle of this finite resource essential for natural equilibrium. Therefore, the infrastructure responsible for its distribution must be conceived, maintained and exploited more efficiently. This study deals with the modeling and digital calibration of this type of infrastructures, resorting to a specialty software and applying it to a practical case: the municipality of Câmara de Lobos, on the island of Madeira (Portugal). Through the study and analysis of the model it is possible to verify the high losses in the distribution system and its causes, which are the high pressures and speeds to which the network components are subject due to the particular orography of the island. Résumé L'insuffisance d'eau disponible pour la consommation a joué un rôle central dans le débat social en raison de l'importance naturelle de cette ressource et des prévisions d'augmentations exponentielles démographique, introduisant une pression accrue sur le cycle de cette ressource finie et essentielle à l'équilibre naturel. Par conséquent, l'infrastructure responsable de leur distribution devrait être conçue, entretenue et exploitée plus efficacement. Cette étude traite de la modélisation et de l'étalonnage numériques de cette typologie d'infrastructures, en utilisant un logiciel de la spécialité et en l'appliquant à un cas concret : la municipalité de Câmara de Lobos à l'île de Madère (Portugal). Grâce à l'étude et à l'analyse du modèle, il est possible de vérifier les pertes élevées dans le système de distribution, ainsi que leurs causes, qui sont les pressions et vitesses élevées auxquelles sont soumis les composants du réseau, en raison de l'orographie particulière de l'île.

Submitted by Leticia Maria Miquelin (lemiquelin@hotmail.com) on 2019-07-05T19:00:26Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO.FINAL.pdf: 3214000 bytes, checksum: 50d6854406b0be67916dd5c7cd8c5664 (MD5) Approved for entry into archive by Celia Silva Cruz Morales (celiascmorales@gmail.com) on 2019-07-10T11:44:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 miquelin_lm_me_bauru.pdf: 3214000 bytes, checksum: 50d6854406b0be67916dd5c7cd8c5664 (MD5) Made available in DSpace on 2019-07-10T11:44:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 miquelin_lm_me_bauru.pdf: 3214000 bytes, checksum: 50d6854406b0be67916dd5c7cd8c5664 (MD5) Previous issue date: 2019-05-31 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os sistemas de abastecimento de água são de fundamental importância pois são responsáveis por levar água de qualidade a população. No Brasil, para as empresas de saneamento, o custo da energia elétrica é cobrado de acordo com a hora do dia, sendo o horário compreendido entre as 18h e as 21h chamado de horário de pico, onde a energia elétrica é mais cara. Grande parte dos gastos com energia elétrica nos sistemas de abastecimento de água são atribuídos as bombas hidráulicas, que, no geral, são acionadas quando os níveis dos tanques chegam ao mínimo, permanecendo ligadas até que se atinjam seus níveis máximos, sem levar em consideração o horário em que esta operação é feita. Diante disto, este trabalho propõe um modelo matemático para a otimização energética mais próximo da realidade dos sistemas de abastecimento de água. Testes numéricos foram realizados através da implementação do modelo no software GAMS e resolvido pelo pacote de otimização CPLEX para diferentes instâncias, afim de validar o modelo proposto e a comprovar à eficiência do planejamento da operação das bombas hidráulicas em relação a operação feita na prática nos sistemas de abastecimento de água. Water supply systems are of fundamental importance once they are responsible for providing quality water to the population. In Brazil, for sanitation companies, the cost of electricity is charged according to the period of the day, with the period between 6 and 9 p.m. known as the peak hours, during which electricity is more expensive. The majority of costs with electricity in the water supply systems are due to the hydraulic pumps, which are, usually, activated when tank levels reach the minimum level and then they remain on until their maximum levels are reached, without taking into account the period during which this operation is performed. With this in mind, this study proposes a mathematical model for the electricity usage optimization closer to the reality in water supply systems. Numerical tests were performed through the implementation of the GAMS software model and solved by the CPLEX optimization package for different instances, in order to validate the proposed model and to prove the efficiency of the planning of the operation of hydraulic pumps about the operation made in practice in water supply systems.

The actions planning to minimize risks and ensure the effectiveness of water supply systems requires the use of appropriate forecasting models. In fact, forecasting the behavior and analysis of future scenarios can be supported with the use of techniques and simulation models. In this article, we propose a procedure to simulate the actions of decision-makers in planning the operation of this system type in order to obtain an operating and financial prognosis that consider dynamic influences. The applicability of the proposed procedure is demonstrated through an urban systems planning problem of water supply. As a result we obtained a system costs distribution odds, which improves decision making in the context of the analyzed system. Additionally, the proposed procedure is applicable to other types of complex systems subject to dynamic influences.

Os sistemas de abastecimento de água são responsáveis pela produção e distribuição de um bem económico de grande valor que é a água para consumo humano. Qualquer entidade gestora tem necessidade de procurar um elevado grau de eficiência e de eficácia, em todos os campos relacionados com a gestão de sistemas de água, aperfeiçoando assim a sua qualidade de serviço e alcançando os seus objetivos, relativamente a essa mesma gestão dos sistemas. O bom funcionamento de qualquer sistema de distribuição de água prevê que os consumidores tenham continuamente à sua disposição, nos locais de consumo, água potável em quantidade suficiente, à pressão adequada e com o menor custo possível. Esta problemática tem tomado a atenção do Município de Montemor-o-Velho, pelo que o presente trabalho surge com o objetivo de aumentar a eficiência hídrica e energética, do sistema que abastece a vila e alguns lugares vizinhos. Este trabalho tem como principal objetivo a modelação e calibração de um modelo de simulação do sistema de distribuição de água em análise, para obter informações úteis para uma melhor gestão da rede. Um modelo, depois de calibrado pode tornar-se um instrumento bastante útil como ferramenta de apoio à gestão de um sistema de distribuição de água. Para atingir este objetivo, recorreu-se ao WaterNetGen, um modelo computacional de simulação hidráulica baseado no Epanet 2.0.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Water is essential for the development of human life. Although sanitation services have been improving in Brazil, brazilian water networks still lose 36,3% of the water distributed to the population. These water losses may be composed of leakages, measurements errors and unauthorized usages, and can be identified or controlled both manually and automatically. An important variable to control the water losses is the pressure value on the water supply network. The NBR 12.218 (ABNT), updated in 2017, sets maximum and minimum pressure values for the service to be satisfactory. In order for these limits to be fulfilled, equipments such as pumps and pressure reducing valves can be used to prevent pressure from being too low or too high. Although the indiscriminate use of these equipments can result in high costs, both financially and energy-efficiently, its rational use can save energy and, combined with methods for water reutilization or rainwater utilization, a sustainable system can be achieved. This work presents a modeled hydraulic representation of a real water supply network, located in São Gabriel-RS, Brazil, as a decision-making helping tool. Two scenarios were simulated considering maximum and minimum consumption, and areas with water pressure and velocity above and below the limits allowed were identified. The network was then sectorized and some improvements were suggested, such as new equipments, pressure reducing valves and a pump, pipe diameter decreases and changes in the pump scheduling. Another two scenarios were simulated to evaluate the impact of water reutilization and rainwater utilization on the network. The use of a hydraulic simulation showed a clear identification of pressure zones in different operation situations, which allowed the creation of a list prioritizing the suggested equipments in an order that would benefit the water network thus helping the decision-making process. A água é um bem essencial para o desenvolvimento da vida humana. Embora o atendimento populacional tenha evoluído no país, ainda existe uma perda de água de 36,3% nas redes que abastecem a população brasileira. Essas perdas de água podem ser compostas de elementos como vazamentos, erros de medição e usos não autorizados, e podem ser identificadas ou controladas tanto manual quanto automaticamente. Uma variável importante e que influencia nas perdas de água na rede é a pressão atuante no sistema. A NBR 12.218 da ABNT, atualizada em 2017, estabelece os limites mínimos e máximos de pressão para que o atendimento ao consumidor seja realizado de modo satisfatório. Para que esses limites sejam atendidos, pode-se fazer uso de acessórios como bombas e válvulas redutoras de pressão. A utilização indiscriminada desses acessórios pode gerar custos elevados, tanto de aquisição quanto energético, mas o seu uso racional pode gerar economia energética e, ainda, se aliado a métodos de redução de consumo como aproveitamento de água da chuva ou reuso, pode-se alcançar um sistema mais sustentável do ponto de vista energético e financeiro. Neste trabalho, foi analisada a aplicação de simulação hidráulica em uma rede de abastecimento real, localizada no município de São Gabriel-RS, como ferramenta de auxílio na tomada de decisão. Foram simulados dois cenários, consumo máximo e consumo mínimo, e identificadas as regiões da rede consideradas críticas, nas quais as pressões e as velocidades não atendiam aos valores previstos na norma supracitada. A rede foi então setorizada, e foram sugeridas intervenções como a instalações de acessórios (bombas e válvulas redutoras de pressão), a diminuição de diâmetros de alguns trechos de tubulação, além da alteração do regime de funcionamento das bombas já existentes. Outros dois cenários foram simulados, nos quais foi avaliado o impacto que o aproveitamento de água da chuva ou de reuso de águas cinzas causaria à rede. O uso da simulação hidráulica permitiu a clara identificação de zonas de pressão, em diferentes situações de funcionamento, possibilitando que fossem elencadas algumas alterações, em ordem prioritária, que poderiam gerar melhoras na operação da rede bem como auxiliar na tomada de decisão.

Multi-reservoir water supply systems, multiple pump-pump assemblies associated with demand variations over a one-day supply make their operation and management routines much more complex. In this way it is possible to use mathematical and hydraulic simulation and modeling software to optimize the operation of these types of systems. The objective of this work was to perform a hydroenergetic diagnosis in a real supply system and application of Genetic Algorithms to optimize its operational routines to drive the pump sets and management of water levels in the reservoirs aiming at reducing pumping costs. The methodology presented in this paper proposes the hydroenergetic analysis of the current system and two other scenarios, the first with the operational routines optimized by the application of GAs and the second recital in addition to optimized operating routines, structural interventions such as the replacement of the propulsion sets , reduction in water losses and reduction of pumped volume. The hydropower diagnosis showed substantial losses of water and energy in the current system. The results obtained after interventions of the operational routines by the genetic algorithm, also integrated the reduction of losses of water in the supply network, presented quite satisfactory. The realization of a hydroenergetic diagnosis associated with the application of genetic algorithms as a tool to optimize the operational routines of water systems with multiple reservoirs and multiple pumps were efficient and applicable to the actual system presented, resulting in substantial reductions in pumping operating costs. Nenhuma Sistemas de abastecimento de água com múltiplos reservatórios, múltiplos conjuntos motobomba associados a variações de demanda ao longo de um dia de abastecimento tornam muito mais complexas suas rotinas de operação e gerenciamento. Diante disso é possível utilizar softwares de simulação e modelagem matemática e hidráulica para otimizar a operação desses tipos de sistemas. Este trabalho teve como objetivo a realização de um diagnóstico hidroenergético em um sistema de abastecimento real e aplicação de Algoritmos Genéticos para otimizar suas rotinas operacionais de acionamento dos conjuntos motobomba e gerenciamento níveis de água nos reservatórios visando a redução dos custos de bombeamento. A metodologia apresentada neste trabalho propôs a análise hidroenergética do sistema atual e mais dois cenários distintos, o primeiro com as rotinas operacionais otimizadas pela aplicação de AG’s e a segunda considerando além de rotinas de operação otimizadas, intervenções estruturais como a substituição de dos conjuntos de propulsão, redução nas perdas de água e redução do volume bombeado. O diagnóstico hidroenergético evidenciou perdas substanciais de água e energia no sistema atual. Os resultados obtidos após intervenções das rotinas operacionais pelo algoritmo genético, integradas também a redução de perdas de água na rede de abastecimento, apresentaram bastante satisfatórios. A realização de um diagnóstico hidroenergético associado à aplicação de algoritmos genéticos como ferramenta para otimização das rotinas operacionais de sistemas de abastecimento de água com múltiplos reservatórios e múltiplos bombeamentos se mostraram eficientes e aplicáveis ao sistema real apresentado, resultando em reduções substanciais nos custos operacionais de bombeamento.

FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas Na cidade de Belém está localizado o sistema de abastecimento de água potável de sua região metropolitana, que inclui, além desta cidade, mais quatro municípios. Neste complexo de fornecimento hídrico encontra-se o lago Água Preta, que serve como um reservatório para as águas bombeadas do rio Guamá. Devido à grande importância deste lago para este sistema, vários trabalhos foram dedicados ao seu estudo, desde o monitoramento da qualidade de suas águas até a sua modelagem hidrodinâmica. Este artigo apresenta os resultados obtidos pela simulação computacional da dispersão de fósforo dentro deste reservatório a partir da solução numérica da equação bidimensional de advecção-difusão-reação pelo método θ/SUPG. A comparação destes resultados com os dados de concentração do fósforo total coletados no período de novembro de 2008 a outubro de 2009 e fotos de satélite apontam que os maiores poluidores das águas deste lago são os despejos de esgotos domésticos pela população que habita em suas proximidades. Os resultados obtidos indicam a necessidade de mais informações para analises quantitativas mais precisas. Entretanto, eles mostram que o fósforo trazido pelas águas do rio Guamá é consumido em uma área próxima do canal que transporta esta água para dentro do lago. Os depósitos de fósforo no fundo do lago devem ser monitorados para se verificar os seus comportamentos, prevenindo assim a qualidade da água mantida nele. In Belém city is located the potable water supply system of its metropolitan area, which includes, in addition to this city, four more municipalities. In this water supply complex is the Água Preta lake, which serves as a reservoir for the water pumped from the Guamá river. Due to the great importance of this lake for this system, several works have been devoted to its study, from the monitoring of the quality of its waters to its hydrodynamic modeling. This paper presents the results obtained by computer simulation of the phosphorus dispersion within this reservoir by the numerical solution of two-dimensional equation of advection-diffusion-reaction by the method θ/SUPG. Comparing these results with data concentration of total phosphorus collected from November 2008 to October 2009 and from satellite photos show that the biggest polluters of the water of this lake are the domestic sewage dumps from the population living in its vicinity. The results obtained indicate the need for more information for more precise quantitative analysis. However, they show that the phosphorus brought by the Guamá river water is consumed in an area adjacent to the canal that carries this water into the lake. Phosphorus deposits in the lake bottom should be monitored to verify their behavior, thus preventing the quality of water maintained therein. LIMA, R. C.; MESQUITA, A. L. A.; BLANCO, C. J. C. Universidade Federal do Pará

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The problems arising from the scarcity and mismanagement of water resources are of great concern to society, especially for those in semi-arid regions. Thus, were assessed from an financial point of view, access to water activities (wells, desalinators and plates cisterns) implemented in the State of Ceará, making use of investment appraisal technique and calculation of the net present value indicators, benefit -Cost and internal rate of return from investments made in 2015 for a planning horizon of 10 years. The investments in the construction of wells were viable for all simulations of discount rates and cost of 14.05/m³ of water. However, desalination systems and tanks of plates deployed in Ceará did not show feasibility under private optics. Os problemas decorrentes da escassez e má gestão dos recursos hídricos são de bastante preocupação para a sociedade, principalmente para quem se encontra em regiões semiáridas. Diante disso, foram avaliadas sob o ponto de vista financeiro as ações de acesso à água (poços, dessalinizadores e cisternas de placas) implementadas no Estado do Ceará, utilizando a técnica de avaliação de investimentos e cálculo de indicadores de valor presente líquido, relação benefício-custo e taxa interna de retorno, a partir de investimentos realizados no ano de 2015 para um horizonte de planejamento de 10 anos. Os investimentos realizados na construção de poços mostraram-se viáveis para todas as simulações de taxas de desconto e custo do m³ da água de R$ 14,05/ m³. No entanto, os sistemas de dessalinização e cisternas de placas implantadas no Ceará não apresentaram viabilidade sob a óptica privada.

Esta dissertação refere-se ao trabalho desenvolvido no âmbito do estágio realizado na Entidade Gestora (EG) AC, Águas de Coimbra, E.M., com o objetivo de contribuir para o controlo e redução das perdas de água no sistema de distribuição. Incluiu a realização de dois estudos diferentes: o primeiro referente à ZMC Ceira II e o segundo sobre a viabilidade económica do Controlo Ativo de Perdas (CAP). Com base nos estudos realizados, procurou-se definir estratégias para o combate de perdas de água, em particular das perdas reais. Apesar do esforço das EG na eliminação das perdas, na prática, apenas se consegue a sua redução até um nível aceitável, habitualmente o Nível Económico de Perdas (NEP). O combate às perdas de água passa pela implementação de uma política de Controlo Ativo de Perdas (CAP), com o recurso a equipamentos adequados e mão-de-obra especializada. Neste âmbito, a empresa AC, Águas de Coimbra, E.M. pretende desenvolver um estudo acerca da viabilidade económica da política de CAP que tem implementada, tendo sido assim possível enquadrar o trabalho desenvolvido nesta pretensão da empresa. Procedeu-se então à recolha de elementos que permitiram quantificar os custos associados à deteção/localização de fugas e respetiva reparação, calculando-se posteriormente uma estimativa dos benefícios alcançados com as campanhas realizadas. A informação tratada serviu de base a uma análise custo/benefício com o objetivo de concluir acerca da viabilidade económica da CAP. Foram abordadas as metodologias que permitiram avaliar as perdas, com identificação e quantificação das diferentes componentes associadas, além da identificação dos principais equipamentos e técnicas existentes para o controlo e redução de fugas visíveis e não visíveis. Os dois estudos realizados pretenderam caracterizar e compreender os procedimentos de quantificação das perdas de água, bem como as técnicas e equipamentos disponíveis para a redução das perdas de água.

O planejamento de ações para minimização de riscos e garantia da eficácia de sistemas de abastecimento de água requer a utilização de modelos de previsão adequados. De fato, a previsão de comportamentos e a análise de cenários futuros podem ser apoiadas com o uso de técnicas e modelos de simulação. Neste artigo, é proposto um procedimento para simular a atuação de decisores ao planejar a operação desse tipo de sistema, de modo a obter um prognóstico operacional e financeiro que considere influências dinâmicas. A aplicabilidade do procedimento proposto é demonstrada através de um problema de planejamento de sistemas urbanos de abastecimento de água. Como resultado obteve-se uma distribuição de probabilidades de custos do sistema, informação esta que aprimora a tomada de decisão no contexto do sistema analisado. Além disso, o procedimento proposto tem aplicabilidade a outros tipos de sistemas complexos sujeitos a influências dinâmicas. The actions planning to minimize risks and ensure the effectiveness of water supply systems requires the use of appropriate forecasting models. In fact, forecasting the behavior and analysis of future scenarios can be supported with the use of techniques and simulation models. In this article, we propose a procedure to simulate the actions of decision-makers in planning the operation of this system type in order to obtain an operating and financial prognosis that consider dynamic influences. The applicability of the proposed procedure is demonstrated through an urban systems planning problem of water supply. As a result we obtained a system costs distribution odds, which improves decision making in the context of the analyzed system. Additionally, the proposed procedure is applicable to other types of complex systems subject to dynamic influences. La planificación de acciones para minimizar los riesgos y garantizar la efectividad de los sistemas de abastecimiento de agua requiere el uso de modelos de predicción adecuados. De hecho, la previsión de la conducta y el análisis de escenarios futuros puede ser apoyado con el uso de técnicas y modelos de simulación. En este artí­culo, se propone un procedimiento para simular las acciones de los tomadores de decisiones en la planificación de la operación de este tipo de sistema, con el fin de obtener un funcionamiento y el pronóstico financiero que debe tener en cuenta las influencias dinámicas. La aplicabilidad del procedimiento propuesto se demuestra por un problema de la planificación de los sistemas de abastecimiento de agua urbanos. Como resultado se obtuvo un sistema de distribución de probabilidades de cuesta, esta información que mejora la toma de decisiones en el contexto del sistema analizado. Además, el procedimiento propuesto es aplicable a otros tipos de sistemas dinámicos complejos sujetos a influencias.

To ensure the supply of the population with the conscious use of hydraulic and electrical resources. This is the present challenge of managers and water supply companies. In a society increasingly aware and concerned about the increase of unbridled consumption, the possibility of efficient use of indispensable resources for human development comes as an incentive to fostering new technologies and research. This paper proposes the use of fuzzy logic as robust control system, which was applied on a test rig that simulates the supply of a network with two different topographical pressure zones. Controllers are important tools in the operation of automated processes aimed at carrying out an operation, in order to make the most of the tools and equipment that make up a system. In this research, we developed two controllers, one applicable in a decentralized system and the other to a centralized system. The controller objective is to ensure the operating pressures in two topographical zones through the control of the drive system‟s frequency, formed by a motor pump assembly; and through the angulation of a pressure reducing valve located before the lower zone. The reported results were promising since, for the two different systems, the controller could perform, taking the pressure at their reference values, reducing the energy consumption when compared to a system with no controller. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Garantir o abastecimento da população concomitante ao uso consciente dos recursos hidráulicos e energéticos. Esse é o presente desafio dos gestores e das companhias de abastecimento de água. Em uma sociedade cada vez mais consciente e preocupada com o andamento do consumo desenfreado, a possibilidade de utilização eficiente de recursos indispensáveis ao desenvolvimento humano surge como incentivo ao desenvolvimento de novas tecnologias e pesquisas. Esse trabalho propõe a utilização da lógica fuzzy como sistema de controle robusto, que foi aplicada em uma bancada experimental que simula o abastecimento de uma rede com duas zonas de pressão com topográficas diferenciadas. Os controladores são ferramentas importantes na operação de processos automatizados que visam à realização de determinada operação de maneira a aproveitar ao máximo as ferramentas e equipamentos que compõe um sistema. Nessa pesquisa foram desenvolvidos dois controladores, um aplicável em um sistema descentralizado e outro aplicável a um sistema centralizado. O objetivo do controlador é garantir as pressões de serviço nas duas zonas topográficas, a partir do controle da frequência do sistema de impulsão, formado por um conjunto motor bomba; e da angulação de uma válvula redutora de pressão situada a montante da zona baixa. Os resultados apresentados mostraram-se promissores, visto que para os dois diferentes sistemas, o controlador conseguiu atuar, levando as pressões aos seus valores de referência, reduzindo o consumo energético, quando comparadas ao sistema sem controlador.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A Tese de Doutorado teve por objetivo o desenvolvimento de metodologia e sua implementação em software para avaliação de desempenho hidroenergético de sistemas de abastecimento de água (SAA), bem como aplicação em sistema de escala real. A pesquisa foi executada em duas etapas: 1) foi modelado todo o processo de avaliação de desempenho hidroenergético, foram estabelecidas formulações para cálculo de perdas hidroenergéticas e implementada metodologia em software; 2) foi realizada a aplicação da metodologia em SAA de escala real, que necessitou de monitoramento de grandezas hidroenergéticas e de simulação computacional do mesmo SAA no Epanet 2.0. Os resultados da primeira etapa consistiram na definição de perdas hidroenergéticas, na conceituação de desempenho hidroenergético, na metodologia proposta (sequenciamento de ações e inerentes formulações matemáticas) para o cálculo de perdas hidroenergéticas e para avaliação de desempenho hidroenergético de SAA, na implementação da metodologia em software (batizado de SADHE2A) e no teste da metodologia com sucesso em SAA com dados sintéticos. Os resultados da segunda etapa foram consequência da aplicação da metodologia, com uso do SADHE2A – versão Beta, no SAA Guanabara (localizado na cidade de Ananindeua, Pará, Brasil), na qual foram verificadas perdas globais de água de 55,42%/m e perdas globais de energia elétrica consumida de 58,31% (ambos os desempenhos classificados como “ruim”) que ocasionaram impacto financeiro de -17.981,77 R$/mês (57,61% de toda a despesa com consumo de energia elétrica no SAA, desde a captação de água bruta até a entrega de água tratada ao consumidor). Por fim, a metodologia desenvolvida atendeu as expectativas da pesquisa para calcular as perdas de água e de energia elétrica consumida e avaliar o desempenho hidroenergético de SAA, com elevada potencialidade de uso no Brasil e no exterior. This doctoral thesis aims developing a methodology and implementing it on software in order to evaluate a water supply system (WSS) hydro-energetic performance, as well as applying it on a real scale WSS. This paper was carried out in two stages: 1) modeling the hydro-energetic performance evaluation process, establishing of formulations to calculate hydro-energetic losses and implementing methodology on software; 2) applying the methodology at a real scale WSS, which required monitoring of hydraulic and electrical quantities and simulating this WSS at Epanet 2.0. The first stage results consisted at defined hydro-energetic losses and conceptualize hydro-energetic performance on the proposed methodology, which consists sequences of actions and mathematical formulation to calculate hydro-energetic losses at the WSS, as well as to evaluate WSS hydro-energetic performance and, finally, at methodology implementation in a software using Visual Basic for Applications (named as SADHE2A) and successfully tested at the WSS with synthetic data. The second stage results are related to methodology application at WSS of Guanabara (located at Ananindeua city, Pará, Brazil), using SADHE2A – versão Beta, in which were identified water global losses of 55.42% and electrical energy global losses of 58.31% (both classified as “bad” by the methodology), resulting in an economical deficit of 17,981.77 R$/month. This value is equivalent to 57.61% of electrical energy costs, since raw water pumping to the final water costumer. Finally, the methodology developed has met the research expectations to calculate the water losses and electricity consumed losses and to evaluate the hydro-energetic performance of the WSS in Brazil and world.

Mestrado em Engenharia Civil BIM – Building Information Modelling apresenta-se como a ferramenta do futuro no sector AEC, ao fomentar toda uma nova metodologia de trabalho envolvendo todas as fases do ciclo de vida de um edifício. Apoiado por uma capacidade gráfica sem precedentes no sector da construção e por uma base de dados que possibilita o armazenamento de informação desde as fases iniciais do projeto, o conceito BIM aparece cada vez mais ligado ao conceito de Facility Management devido às vantagens que este acarreta para a gestão de instalações. O presente trabalho desdobra-se numa tentativa de contribuir para a implementação do conceito de Facility Management (FM) em Portugal, associada ao Building Information Modelling. Sabendo-se que o mercado da construção de novos edifícios e infraestruturas tem vindo a abrandar nos últimos anos, o desafio de hoje envolve a gestão e manutenção de edifícios já existentes. Para o caso de estudo, foram escolhidos dois edifícios de abastecimento de água, tendo também em consideração o equipamento integrado nestes. Foi desenvolvido um modelo tridimensional de cada um dos edifícios, assim como dos equipamentos existentes, usando o Autodesk Revit 2016. De seguida, foram introduzidas todas as informações disponíveis para cada elemento no modelo, criando assim uma base de dados onde a informação é armazenada. Em seguida, utilizando a tecnologia Construction Operation Building information exchange, a base de dados foi exportada para ajudar os operadores das fases de gestão e manutenção. Por ultimo, foi criado um fluxo de trabalho através do software Dynamo, a fim de construir um método para atualizar as informações presentes no modelo através da alteração nas folhas de cálculo COBie. O modelo foi ainda integrado na plataforma A360, com o objetivo de criar um novo tipo de interface para facilitar a interação entre a equipa de operação. BIM – Building Information Modelling presents itself as tool for the future in Architecture, Engineering and Construction (AEC) sector, stimulating a whole new work methodology involving all the stages in a buildings life cycle. Supported by an unprecedented graphics capabilities and a database that allows information storage from the early stages of the project, the BIM concept appears increasingly linked with the concept of Facility Management due the advantages that this entails for operating and maintaining of buildings. The present work intends to contribute to the implementation of the Facility Management (FM) concept in Portugal, associated with Building Information Modelling. Knowing that the construction market for new buildings and infrastructures has been slowing down in the last years, the challenge nowadays involves the management and maintenance of the existing buildings. For the case study, two water distribution buildings were selected and studied, including the equipment integrated on them. A three-dimensional model was developed using Autodesk Revit 2016, in which were introduced all the information available for each element in the model, creating a database where the information is stored. Then, using Construction Operation Building information exchange, the database was exported helping out those who work in the operation and maintenance phase. Finally, it was created a workflow through Dynamo software in order to build a method to update the information in the model through the modification in the COBie spreadsheets. The model was integrated in A360 platform, aiming to create a new kind of interface that facilitate the interaction between the operation staff.

Desenvolvimento de metodologia para a avaliação do desempenho hidroenergético de Sistemas de Abastecimento de Água (SAA) utilizando modelo de Sistema de Informações Geográficas (SIG) para auxiliar na tomada de decisão na operação de SAAs. O modelo desenvolvido em plataforma SIG possibilita o registro, a sistematização e a espacialização dos dados hidroenergéticos, a fim de evitar gastos excessivos com a energia elétrica agregada ao volume de água disponibilizado para consumo. Na 1ª Etapa foram identificados os parâmetros hidroenergéticos utilizados nos atuais métodos de gerenciamento de SAA e, em seguida, definidos os dados e indicadores para a representação espacial no modelo do desempenho hidroenergético por setor e por unidade de abastecimento de água. Na 2ª Etapa foi desenvolvido o modelo de gestão em SIG por meio da IDE Delphi XE5 e da plataforma TatukGis, em três fases: Construção do banco de dados geográfico (Fase 1); Construção do módulo SIG (Fase 2) e Construção do módulo hidroenergético (Fase 3). A última Etapa (3ª Etapa) foi destinada a avaliação da funcionalidade do modelo desenvolvido, sendo simulado o funcionamento do SAA Bolonha, da Região Metropolitana de Belém, Pará, Brasil, o que permitiu a espacialização dos dados e indicadores para identificação dos setores com melhor e com pior desempenho hidroenergético. A ferramenta de construção de mapas de graduação de cores mostrou-se eficiente, permitindo a rápida identificação do melhor resultado do índice de consumo de energia elétrica no setor 9 da Zona Central (0,62 KWh/m³), bem como do pior índice de perda total no setor 7 da Zona Central (54,29%). Além da ferramenta para sinalização de alerta para os indicadores acima da meta estabelecida pelo usuário, que possibilitou a identificação do setor 7 com o pior índice de consumo de energia elétrica (0,85 KWh/m³). Com o trabalho foi constatado que o modelo SIGHE2A é uma ferramenta que permite e agiliza a avaliação do desempenho hidroenergético de SAA, especialmente por facilitar a identificação do problema e a tomada de decisão. Development of methodology for evaluating the performance of hydro-energy Water Supply Systems (WSS) using System Model of Geographical Information (GIS) to assist in decision-making in the SAAs operation. The model developed in GIS platform enables registration, systematization and the spatial distribution of hydro data in order to avoid excessive spending on electricity aggregate the volume of water available for consumption. In Stage 1 the hydro-energy parameters were identified WSSs used in current management methods and then set the data and indicators for the spatial representation in the model of the hydro-energy performance by sector and water supply unit. In the 2nd stage was developed the management model in GIS through Delphi IDE XE5 and TatukGIS platform in three phases: geographic database construction (Phase 1); Construction of GIS module (Phase 2) and construction of hydro-energy module (Phase 3). The last step (Step 3) was submitted to evaluation of the model developed functionality, which simulated the operation of the WSS Bolonha, the Metropolitan Region of Belém, Pará, Brazil, which allowed the spatial data and indicators to identify the sectors with best and hydro-energy worst performance. The color grading maps building tool was efficient, allowing quick identification of the best result of the electricity consumption index in sector 9 of the Central Zone (0.62 KWh / m³) and the worst index total loss in sector 7 of the Central Zone (54.29%). In addition to the warning signs for tool for the indicators above the target set by the user, which enabled the identification of sector 7 with the worst energy consumption index (0.85 KWh / m³). With the work it was found that the SIGHE2A model is a tool that enables and streamlines the evaluation of the hydro-Energy performance WSS, especially to facilitate problem identification and decision making.

Os sistemas de abastecimento de água são sistemas complexos e de difícil operação, possuem diversas configurações no que diz respeito aos elementos ativos e passivos contidos no sistema. O seu controle e monitoramento é de suma importância para a operação racional do sistema visando sempre atender de forma satisfatória à população minimizando ao máximo as perdas hídricas e tornando o sistema mais eficiente em termos energéticos. Os sistemas de abastecimento constituem-se em geral de sistemas críticos, onde não há possibilidades de tempo de parada para testes e simulações, assim, para realizar o controle de forma adequada é necessário um modelo que represente o sistema de forma satisfatória, onde seja possível simular e testar as mais diversas situações às quais o sistema é normalmente submetido no dia-a-dia. Neste trabalho é apresentado o modelo matemático do sistema de abastecimento de água (SAA) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) contemplando todosos elementos presentes em seu sistema. Três controladores são implementados em nível de simulação e tem seus desempenhos comparados: servossistema tipo 1, o controlador preditivo linear e um controlador preditivo não-linear. O objetivo é mostrar que podemos utilizar o modelo do sistema para testes e simulação de condições de funcionamento e sintonia do controlador para obter o melhor desempenho do SAA. Water supply systems are complex systems and difficult operation. They have different configurations in regard to active and passive elements of the system. The control and monitoring is very important for the rational operation of the system in order meet the satisfaction of the population as much as possible minimizing water losses and make the system more efficient energy. Supply systems are critical systems, there is no downtime possibilities for testing and simulations. To perform the control of tuning you need a model that will best represent the system where you can simulate and test various situations to which the system is typically submitted on a day-to-day. This thesis features the mathematical model of water supply system of the Federal University of Rio Grande do Norte, was modeled all the elements present on your system. Three controllers are implemented in simulation level, and they were compared their performance: servo type 1, the linear predictive controller and a non-linear predictive control. The purpose is demonstrate that we can use the model system for testing and simulation of operating conditions and tuning the controller to best performance of the water supply system.

Made available in DSpace on 2018-11-28T16:47:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4205_8094.pdf: 2316496 bytes, checksum: 42f6857305b5d6e5eaa1d26cf8de6e1b (MD5) Previous issue date: 2015-07-06

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, O presente trabalho teve por finalidade a determinação das variáveis que integram as funções de custo vs. benefício da produção de energia elétrica em sistemas de abastecimento de água e, posterior, utilização racional da variável tempo na gestão dos grupos eletromecânicos. As funções determinadas têm três variáveis principais que as quantificam: potência do elemento eletromecânico, tempo de funcionamento e custo unitário da energia elétrica. Quando analisadas pormenorizadamente incorporam mais variáveis: a potência dos Grupos Geradores (GG) e dos Grupos Eletrobombas (GEB) são em função das características geométricas do sistema; o tempo de funcionamento será dependente das utilizações de água, da pluviosidade (caudal) e do fornecimento elétrico; por fim, o preço unitário é dependente do Decreto-Lei em vigor. O preço unitário da energia elétrica é a variável que tem maior influência para a função de custo vs. benefício pois a receita será em função da racional ativação e paragem dos GEB e GG. O preço da energia no caso real para as diferentes tarifas é crescente, as regressões que melhor as representam são as polinomiais com o valor do erro (R2) de apro. 0,99. O valor mínimo, para um determinado consumidor final, verificado no caso prático é de 0,0745 €/kWh e máximo de 0,3056 €/kWh para o ano de 2015. A contribuição desta dissertação, para o estudo da temática, é a ativação vs. paragem racional dos grupos eletromecânicos em função da precipitação e consequente aumento da receita. Tendo em consideração a antecipação da introdução dos dados de entrada nos software e hardware, que controlam o sistema. Estes dados são relativos à antevisão da «probabilidade de precipitação» para o diurno seguinte. A melhoria percentual é variável, dependendo das condições atmosféricas que contribuem para as bacias hidrográficas do aproveitamento., The purpose of this study was to determine the variables that integrate the functions that quantify the cost vs. benefit of electric power production in water supply systems and, later, one of the optimization variables. Certain functions have three main variables that quantify: electromechanical element power, time and unit cost of electricity. When analysed in detail incorporate more variables: the power of generator groups (Pt: GG) and motor-driven groups (Pt: GEB) are depending on the geometrical characteristics of the system; the operating time will be dependent on the uses of water, rainfall (flow) and electric supply; finally, the unit price is dependent on the decree in force consisting of different tariffs in order to standardize the diagram. The unit price of electricity is the variable that has greater influence on the function of cost vs. benefit because the recipe will be in function of the differential tariffs for activation and shutdown of GEB and GG. The price of energy in the real case for the different rates are increasing, the regressions which best represent are the polynomial with the value of the error (R2) of approximately 0.99. The minimum value checked is 0,0745 €/kWh and maximum of 0,3056 €/kWh for the year 2015. The contribution of this dissertation to the study of the subject is the decrease of the operating time of the electromechanical groups and consequent revenue growth. Taking into account the anticipation of the introduction of the input data in software and hardware, which control the system. These data are relative to the preview of the probability of precipitation for the next day. The percentage improvement is variable, depending on weather conditions in watersheds that contribute to the exploitation.

A população da Terra, estimada em 11 mil milhões de habitantes até ao final do século XXI (UNRIC, 2015), e cada vez mais a concentrar-se nas grandes cidades, aumentará fortemente o stress1 hídrico em diversas áreas do globo, tornando a água doce um recurso crítico, que importa preservar e gerir com a máxima eficiência. Um fator determinante para essa melhoria de eficiência é a redução das perdas nos sistemas de abastecimento de água (SAA), que atingem, a nível mundial, valores altíssimos. Estima-se que, em 2050, cerca de metade da população mundial venha a sofrer de falta de água, pelo que este tema é de elevada importância (EPAL, 2015). O primeiro nível do Diamante Pereira indica que uma iniciativa pode ter quatro tipos de benefícios – (1) aumentar o negócio; (2) aumentar a eficiência; (3) reduzir custos; (4) conformidade legal (Pereira et al., 2015). A redução das perdas em SAA combina três destes quatro benefícios: (1) Aumenta a eficiência por produzir o mesmo com menor esforço e custo; (2) Reduz custos por poupanças; (3) Conformidade legal pela exclusão a penalidades por danos ambientais. Para além de se pretender contribuir para a tomada de consciência e para a valorização da água doce, que é um recurso natural finito, este trabalho tem como objetivo mostrar que o recurso a abordagens de Gestão de Benefícios (GB) contribui para resolver o desafio das organizações na identificação e realização de benefícios dos investimentos em diferentes áreas. Pretende-se ainda, já numa ótica de GB, demonstrar a eficiência de gestão dos SAA através da eliminação de desperdícios The Earth's population, estimated at 11 billion people by the end of the 21st century (UNRIC, 2015), increasingly concentrated in large metropolitan areas, will strongly increase water stress in many areas of the globe, making freshwater a critical resource, which must be preserved and managed to its maximum efficiency. A key factor for this efficiency improvement is the reduction of water leakage on supply systems, which achieves worldwide big values. It is estimated that in 2050, about half the world's population might suffer from lack of water, so this a matter of the highest importance and concern, for governments and major international organizations (EPAL, 2015). The first level of the Pereira Diamond indicates four types of benefits that an initiative may have - business increase, efficiency increase, costs reduction and legal compliance (Pereira et al, 2015). The reduction water leakage on supply systems combines three of these four benefits: (1) Increased efficiency since it is produced the same at a lower cost and effort; (2) Cost reduction by saving; (3) Legal compliance by excluding the penalties for environmental damage. Besides wanting to contribute in the awareness and appreciation of fresh water, which is a finite natural resource, this paper goal it to show that the use of Benefits Management (BM) approaches contribute to solve the challenge of organizations in identifying and realizing benefits from investments in different areas. It is also intended, from the BM point of view, to demonstrate the effectiveness of managing SAA through waste elimination

Dissertação de mestrado em Economia Monetária, Bancária e Financeira, Os serviços de abastecimento de água são do interesse geral para a população, estando como tal sujeitos a obrigações específicas dos serviços públicos, tais como a acessibilidade, equidade, universalidade, gestão eficiente e sustentável, entre outros. Embora existam na literatura vários estudos acerca do preço ótimo da água, assim como da conceção ideal para as estruturas tarifárias do consumo de água, há uma lacuna no que diz respeito à análise das disparidades no preço cobrado pelo consumo de água em diferentes partes do mesmo país, neste caso específico de Portugal. Em Portugal não existe uma harmonização das tarifas de água, existindo mesmo variações muito elevadas. Ao analisar as diferentes tarifas de água cobradas ao longo do território de Portugal continental pretende-se perceber o que é que estará por detrás dessas mesmas tarifas, podendo deste modo perceber a influência de algumas variáveis, tais como: introdução dos privados neste setor, a influência de questões geomorfológicas, climatológicas, pluviométricas, assim como ideologias politicas e economias de escala, entre outras. Esta questão de investigação é relevante por se tratar de um bem essencial à vida humana, pela escassez de estudos acerca deste tema e pelos problemas de sustentabilidade das finanças públicas que assolam Portugal, sendo por isso importante aferir quais as variações nestas tarifas e quais os motivos para tal. Os resultados obtidos mostram com um elevado grau de confiança a existência de fatores que influenciam o preço da água nos diversos escalões de consumo. Assim sendo, as privatizações, a temperatura, a ideologia política de direita, o passivo municipal, a dimensão do solo urbano e a densidade populacional estão associados a um maior preço da água. Ao invés, a integração da cadeia de valores associada aos serviços de abastecimento de água é um fator que explica um menor preço exigido pelo consumo de água., Water supply services are of great interest to the general public. They are, therefore being subject to specific requirements of public services, such as accessibility, equity, universality, efficient and sustainable management, among others. Even though there are several studies about the optimum price of water in the literature, and about the ideal definition of block tariffs for water consumption, there is a gap in the analysis of the disparities in the price charged for water consumption in different parts of the same country, Portugal in this specific case. In Portugal, water prices are not harmonized. On the contrary, there are substantial differences among the prices charged. By analysing the different water tariffs charged in continental Portugal, we hope to understand what is behind those tariffs, that is, the influence of the introduction of private players in the sector; the impact of geomorphological, climatological and rainfall factors; as well as of political ideologies and economies of scale, among others. This research question is relevant because water is essential to human life, because studies on this theme are scarce and also due of the problems of Portuguese public finances. It is, therefore, important to investigate the differences among the tariffs charged and the explanatory causes for them. The results obtained clearly show, that there are several factors influencing the price of water in the different consumption blocks. That being said, privatisation, temperature, right-wing politicians, municipalities’ liabilities, the area of urban soil and population density seem to increase the price paid for water. On the other hand, the integration of chain of values associated to the services of water supply is a factor associated with a lower price charged for water consumption.

Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis Nos dias de hoje a sociedade exige níveis qualitativos de vida cada vez mais elevados, o que torna prioritária a conceção de sistemas eficientes, não poluidores, económicos e diversificados que permitam uma gestão integrada e racionalizada de recursos tão escasso como é o da água e da energia. Em sistemas de abastecimento de água, o uso de válvulas redutoras de pressão (VRP) visa a uniformização e controlo de pressões, promovendo uma perda de carga localizada que dissipa a energia hidráulica presente através da redução dos valores de pressão a jusante. Estas são fundamentais no controlo e redução de pressão. A utilização de microturbinas é uma alternativa sustentável para o controle de pressão e, simultaneamente, para a produção de energia elétrica. Trata-se de um método de mitigação para controlar as perdas referidas convergindo no âmbito da eficiência energética. Na perspetiva de promover um aproveitamento de energia nas redes de abastecimento de água, o presente trabalho sugere a substituição de válvulas redutoras de pressão (VRP) por microturbinas. Desse modo, apresenta-se um método automático de seleção de (i) local para implementação e (ii) projeto de microturbinas para sistemas de abastecimento de água. Para a modelação do funcionamento dos sistemas hidráulicos recorre-se ao simulador hidráulico EPANET. Esta ferramenta possibilita avaliação de caudais e pressões em todos os pontos da rede durante um determinado intervalo de tempo. A metodologia desenvolvida permite selecionar o local ideal no sistema hidráulico através de uma análise de cada secção conduta-nó escolhendo-se a melhor opção baseada na produção de energia. Depois da localização procede-se à seleção do tipo de turbina (Kaplan, Francis, Pelton e Cross-flow) que vai depender das características do sistema hidráulico. Na etapa seguinte apresenta-se os resultados obtidos pela turbina nomeadamente a produção de energia elétrica anual, o investimento necessário, o tempo de retorno e a rentabilização ao final de um período de 25 anos. Na última etapa da metodologia, de forma avaliar o comportamento do sistema final, realiza-se uma nova simulação da rede mas tendo em conta a introdução da microturbina no local. Apresentam-se alguns casos de estudo que validam a ferramenta desenvolvida. A metodologia desenvolvida é comparada com um caso de estudo real. Em ambos os exemplos simulados a metodologia aplicada permite obter soluções com ganhos energéticos significativos associados ao sistema. Apenas num dos exemplos se observaram que a implementação da microturbina no sistema hidráulico não seria economicamente rentável. Nowadays, society lives on increasing quality of life standards, which makes a priority, the creation of energy systems that are efficient, environmental friendly, cost effective and technologically diversified for a rationalized management of energy resources. In water supply systems, the use of pressure reducing valves, controls pressures and promotes located load pressures that will evaporate hydraulic energy, is of vital importance. In alternative, you can use micro turbines who besides stated before, it simultaneously produces electric energy. This mitigation process, because it controls the losses, which means that it aims for energy efficiency. Based on this concept, the aim of this paper is to suggest the replacement of the traditional pressure reducing valves for micro turbines. This way, it is presented an automatic method of test field to implement the micro turbines project for systems of water supply. A hydraulic simulator EPANET is used to give data about the functioning of hydraulic systems. The designed methodology allows selecting the ideal location in the hydraulic system through an analysis of each conduct node section by choosing the best option for energy production. Then we select the turbine (Kaplan, Francis, Pelton and Cross-flow) that will be selected according the characteristics of the hydraulic system. In the next step, it is presented the results of the turbine performance like its yearly energy production, budget needed, return time and profitability in a 25 year period. For the last step, to evaluate the behaviour of our final system, we run a new simulation, accounting the introduction of the micro turbine in the designed location. This tool is explained in some case studies, and validates its purpose and effectiveness. The methodology created is compared with a real life case study. In both examples the simulated applied methodology allows significant energy savings associated with the system. Only in one of the examples, it was remarked that the introduction of a micro turbine in the hydraulic system would not be economically profitable.