Resumo

Este trabalho apresenta a solução para o problema do excesso de pressão em sistemas de abastecimento de água, que têm injeção de água diretamente na rede ou com bombas instaladas em série na rede de modo que essas operações resultam no aumento do número de vazamentos, desperdício de água e de energia elétrica. Essa solução é de fundamental importância para a melhoria e continuidade do abastecimento de água nas comunidades afetadas pela escassez hídrica. Utilizou-se a técnica de controle fuzzy no conjunto motor-bomba e em válvulas reguladoras de pressão (VRPs), que se mostrou uma excelente solução para o controle da pressão em um valor constante, com redução do consumo de energia elétrica. A pesquisa foi desenvolvida em uma rede que simula um sistema real, sendo dividida em três setores, e nas entradas de dois deles foram instaladas as VRPs para auxiliar no controle, fazendo um ajuste fino quando o controlador da bomba não estivesse mais atuando. A arquitetura do sistema de controle foi projetada com dois controladores fuzzy, sendo um aplicado no conjunto motor-bomba modulando a velocidade do motor e um segundo controlador, denominado de fuzzy “eficiente”, atuando nas VRPs para controlar a abertura e o fechamento da passagem da água. O fuzzy “eficiente” teve como objetivo transferir o excesso da energia de pressão de um setor para o outro, por meio do fechamento da seção da válvula. A relevância do trabalho está também no benefício que tal estudo irá propiciar às empresas de saneamento, como a redução média de 19,46% no consumo de energia elétrica quando aplicado em sistemas semelhantes ao da pesquisa. Como resultado final no ganho energético, foi aplicado o Índice de Consumo Específico, apresentando uma redução de 23% entre a operação sem controle e sob a ação do controle fuzzy.

Introdução

A água potável, por ser um recurso natural, hoje já limitado em algumas regiões, deve ser distribuída de forma eficiente em quantidade e pressão suficientes para atender às necessidades de consumo da população. Entretanto, as companhias de abastecimento têm dificuldades de manter a qualidade do serviço devido ao envelhecimento e desgaste das estruturas, equipamentos e tubulações que compõem o sistema de abastecimento.

Para dificultar cada vez mais a qualidade do atendimento ao consumidor, além do crescimento populacional existe também o problema da diminuição da pressão nas áreas onde as cotas do terreno são elevadas, ali ocorre à diminuição da pressão nos horários de maior demanda de água.

Segundo Carrijo et al. (2003), a operação de um sistema urbano de abastecimento de água, em tempo real, é uma tarefa muito complexa que vem recebendo atenção especial por parte de pesquisadores e de outros profissionais da área, com o intuito de suprir a necessidade de atendimento dos consumidores com demandas de água que possuam pressões desejadas capazes de atendê-los nos pontos mais desfavoráveis com relação aos desníveis do terreno e também à economia de energia elétrica com o uso de equipamentos com tecnologia de ponta para adiar a ampliação das unidades produtoras desde que não haja aumento do número de pessoas atendidas.

Ainda de acordo com Carrijo et al. (2003), na busca de uma maior eficiência para os sistemas de abastecimento de água, novas técnicas hidráulicas associadas a algoritmos de otimização têm sido estudadas e desenvolvidas, no intuito de estabelecer maior confiabilidade no desenvolvimento de regras para operação de sistemas de abastecimento de água.

Yang, et al. (2010) ratificam que os sistemas de abastecimento convencionais, onde as velocidades das bombas não se alteram, não são capazes de se ajustarem à variação de consumo dos usuários. Além de não otimizarem o fornecimento de água, ainda são responsáveis pela aplicação em um excesso de carga no sistema, provocando desperdício de energia, além de causar danos às redes, canalizações auxiliares e equipamentos nela instalados.

Assim, este trabalho vai permear por essas problemáticas operacionais buscando encontrar soluções através da aplicação de um sistema de controle para a pressão em uma rede de distribuição de água setorizada que é alimentada diretamente por um conjunto motor-bomba e tem válvulas reguladoras de pressão VRP instaladas nas entradas dos setores. O sistema de controle utiliza a técnica de controle fuzzy aplicado no controle de velocidade do motor e no controle da abertura e no fechamento das válvulas. O sistema de controle busca manter as pressões nos setores em um valor pré-definido (set point) mesmo ocorrendo à variação do consumo de água, além de minimizar os transientes hidráulicos e elétricos provocados pelo acionamento da bomba ou abertura e fechamento das válvulas.

Autores: José Kleber Costa de Oliveira; Renato de Sousa; Kenny Rogers da Silva Henriques; Moisés Menezes Salvino e Heber Pimentel Gomes.