Modelação matemática como apoio à localização aproximada de fugas em redes de distribuição de água

Palavras-chave: redes de distribuição de água,localização de fugas,modelação hidráulica,modelação matemática,water distribution networks,leak location,hydraulic models,mathematical models

A água doce necessita de uma gestão racional visto ser um recurso escasso e essencial ao desenvolvimento económico e social. Para o consumo humano, a água doce necessita de um conjunto de operações complexas de transporte, tratamento e distribuição. Este conjunto de operações tem custos elevados e decorrem nos sistemas e nas redes de distribuição.  Devido ao funcionamento intrínseco das redes de distribuição haverá sempre água desperdiçada. Mesmo assim, o uso eficiente da água recomenda o controlo do desperdício, nomeadamente através da redução de fugas e perdas. Atualmente na análise do balanço hídrico anual nacional, quase 40% do volume de água fornecida às redes de distribuição de água é água não faturada. Este valor é muito elevado, mesmo sabendo que a existência de fugas não reportadas nas redes de distribuição é um problema intemporal.  Na literatura existem várias abordagens para o controlo ativo de perdas, procurando reduzir a ineficiência da rede e garantir níveis economicamente viáveis. Ao nível das redes de distribuição as abordagem enfatizam o controlo da pressão, a gestão da infraestrutura, a celeridade na reparação e a localização exata ou aproximada de fugas não reportadas. Para contribuir para a redução das perdas reais melhorando a aplicação do controlo ativo de perdas, nomeadamente beneficiando o desempenho das técnicas de localização exata de fugas, este trabalho apresenta duas novas ferramentas de apoio à localização aproximada de fugas nas condutas das redes de distribuição de água. A primeira metodologia proposta é uma ferramenta computacional baseada no algoritmo TrustRank e num modelo matemático de simulação do comportamento hidráulico das redes de distribuição de água. Esta metodologia foi desenvolvida para ajudar à seleção do posicionamento ótimo de transdutores de pressão na rede. A metodologia providencia uma boa avaliação da pressão existente na totalidade da rede de distribuição de água com a seleção de pontos representativos da pressão existente. Esta informação recolhida é relevante para a segunda metodologia proposta. A segunda metodologia computacional foi desenvolvida como uma ferramenta para ajudar a localizar fugas de água não reportadas e estimar o respetivo caudal. A nova metodologia computacional resulta da transferência de informação de um modelo matemático de simulação do comportamento hidráulico das redes de distribuição de água para um modelo de otimização. O modelo de simulação analisa o comportamento hidráulico da rede sob cenários hipotéticos de fugas de água em regime quase permanente. O modelo de otimização minimiza as diferenças entre os valores de pressão observados e os valores de pressão estimados, e as variáveis de decisão são as localizações e caudais das fugas não reportadas. A localização das condutas com fugas de água resulta da simulação de cenários hipotéticos de fugas. O modelo de otimização compara a pressão estimada para o cenário hipotético de fugas e as pressões observadas, e recorre a um algoritmo de recozimento simulado para pesquisar o espaço solução. A solução final do algoritmo de recozimento simulado permite estimar o caudal aproximado e a localização aproximada das condutas com fugas de água não reportadas na rede. Esta localização aproximada das condutas com fugas de água poderá ajudar no controlo ativo de perdas pois recomenda a utilização e aplicação das técnicas de localização exata a uma zona da rede. Para finalizar, os desempenhos das duas aplicações computacionais são testados. Vários estudos de caso são apresentados e analisados, incluindo um estudo de caso com uma rede real de distribuição de água. em funcionamento. Diferentes hipóteses são introduzidas e os resultados obtidos são discutidos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias