Melhoria da eficiência hídrica da rede de distribuição de água do campus do ISEC - Coimbra

Por definição, todos os recursos são escassos e limitados. Acontece precisamente isso com a água e com o dinheiro. É neste sentido que urge controlar os consumos de água, sensibilizar para o seu uso racional e encontrar as soluções que permitam reduzir o valor faturado. O GTMI do ISEC, local onde foi realizado este estágio, percebeu que algo teria de ser feito rapidamente de modo a inverter a situação de grandes consumos de água que se verificavam. Procedeu-se ao levantamento da rede e à sua caraterização. Fez-se a monitorização dos consumos, com especial ênfase nas horas noturnas. Introduziram-se elementos na rede de modo a permitir definir zonamentos e mais rapidamente serem encontradas as anomalias existentes. Identificaram-se fugas de água e procedeu-se às respetivas reparações. Criou-se um ramal de abastecimento à “casa do guarda” com um contador independente. Tornou-se operacional o furo existente. Prepararam-se empreitadas para permitir o fornecimento independente de água, diretamente do sistema público de abastecimento, aos bares e cantina do ISEC. Estudou-se a possibilidade de, à exceção das zonas onde será impreterível o fornecimento de água potável, o abastecimento de água ter origem na captação própria e não com origem na rede pública (aguarda-se neste momento a decisão de colocar em prática esta opção). O ISEC já teve consumos de água muito superiores aos atuais, em boa parte explicados pelo crescimento da sua comunidade. Mas, com o trabalho agora desenvolvido percebeu-se que não era essa a razão exclusiva e que poderiam ser concretizadas muitas ações de melhoria. O presente já revela uma grande diminuição do consumo de água e da respetiva fatura. Muitas foram as ações postas em prática, que correspondiam à motivação base para a realização deste estágio, e que, sem dúvida, contribuíram de forma decisiva para aumentar a eficiência hídrica do ISEC. Porém, este é um esforço que carece ser continuado. O trabalho não está concluído e nunca estará. A existência de comportamentos negligentes e o natural envelhecimento dos materiais originarão sempre novas perdas de água. A solução passa por haver sempre alguém e (com) os recursos necessários para identificar e corrigir as anomalias à medida que estas forem ocorrendo.

Calibração de redes de distribuição de água pelo método inverso aplicado a escoamento transiente

Desenvolve-se um método para estimar os parâmetros de uma rede hidráulica a partir de dados observados de cargas hidráulicas transientes. Os parâmetros físicos da rede como fatores de atrito, rugosidades absolutas, diâmetros e a identificação e quantificação de vazamentos são as grandezas desconhecidas. O problema transiente inverso é resolvido utilizando uma abordagem indireta que compara os dados disponíveis de carga hidráulica transiente observados com os calculados através de um método matemático. O Método Transiente Inverso (MTI) com um Algoritmo Genético (AG) emprega o Método das Características (MOC) na solução das equações do movimento para escoamento transiente em redes de tubos. As condições de regime permanente são desconhecidas. Para avaliar a confiabilidade do MTI-AG desenvolvido aqui, uma rede-exemplo é usada para os vários problemas de calibração propostos. O comportamento transiente é imposto por duas manobras distintas de uma válvula de controle localizada em um dos nós da rede. Analisam-se, ainda, o desempenho do método proposto mediante a variabilidade do tamanho do registro transiente e de possíveis erros de leitura nas cargas hidráulicas. Ensaios numéricos realizados mostram que o método é viável e aplicável à solução de problema inverso em redes hidráulicas, sobretudo recorrendo-se a poucos dados observados e ao desconhecimento das condições iniciais de estado permanente. Nos diversos problemas de identificação, as informações transientes obtidas da manobra mais brusca produziu estimações mais eficientes.

Perdas em sistemas de abastecimento de água : INOVA - Cantanhede

O presente trabalho tem como base um estágio na entidade gestora INOVA-EM-S.A. a fim de reduzir a água não faturada. O estudo forcar-se-á especificamente nas perdas de água, às quais se dará uma maior importância às perdas reais. Este tema assume grande importância, notando-se cada vez mais, a consciência para este problema que afeta as entidades gestoras de todo o mundo. A nível nacional, a entidade reguladora - ERSAR define como principal alvo o valor de 20% de água não faturada, valor este que se tem revelado bastante inferior ao verificado para a realidade de várias entidades gestoras. Numa primeira fase, por forma a reduzir as perdas de água, será analisado todo o sistema de abastecimento de água do concelho de Cantanhede nomeadamente reservatórios, condutas, consumidores e os respetivos consumos. Posteriormente serão analisados todos os dados dos consumidores, bem como os das ZMCs presentes, resultando na elaboração de indicadores. Estes indicadores serão importantes para a tomada de decisão sobre qual ZMC intervir, e também aqui será essencial a análise dos caudais mínimos noturnos resultante do processo de telemetria. A escolha da zona de medição crítica será consequência dos valores referentes aos indicadores anteriormente referidos, assim como do tempo necessário para o estudo e todo o processo de atuação nesta ZMC. A ZMC (Bolho) escolhida será alvo de campanhas de deteção e intervenção, com a finalidade da redução das perdas reais, entretanto, paralelamente a este processo, será revisto todo o parque de contadores procedendo à verificação e mesmo à substituição de alguns contadores, combatendo assim parte das perdas aparentes. Estes processos serão acompanhados com a monitorização constante permitindo assim a verificação das medidas tomadas. Posteriormente serão abandonadas as intervenções, dando lugar a intervenções pontuais a realizar apenas quando necessário, mantendo a monitorização constante durante este período. Verificou-se que os indicadores, bem como os caudais mínimos noturnos subiram de forma considerável. Mais tarde será realizada uma nova campanha de deteção de fugas, desta vez não tão exaustiva como a anterior. Esta campanha será realizada com vista a analisar o estado da ZMC depois de realizado todo este processo exaustivo de intervenções. Como resultado desta segunda campanha serão identificados novos locais com roturas, locais que anteriormente na primeira campanha não foram destacados como locais a intervir por não apresentarem indícios de rotura ou fuga de água.

Produção de energia por mini e micro hidrelétricas na rede de distribuição de água.

A geração de energia hidrelétrica enfrenta uma crescente restrição a sua expansão, diretamente relacionada a fatores ambientais e da limitação de terrenos com potencial economicamente aproveitável. A partir deste fato, é relacionada uma possível fonte de energia hidrelétrica, resultante do aproveitamento dos potenciais presentes na rede de distribuição de água das cidades, ainda sem nenhum aproveitamento. O desenvolvimento desta fonte de energia se dá com a instalação de mini e micro centrais hidrelétricas nos condutos da rede distribuidora de água. Este trabalho tem por objetivo avaliar o potencial de aproveitamento hidrelétrico por mini e micro hidrelétricas por meio de técnicas de modelagem e de otimização, para agilizar e facilitar o procedimento de identificação dos potenciais e a instalação na rede de abastecimento. O trabalho leva em conta as diversas peculiaridades das redes de distribuição de água e dos equipamentos eletro-hidráulicos, discorrendo sobre a possível complementariedade da geração de energia durante os picos de consumo. Discorre também sobre a contribuição para a rede de distribuição elétrica, na logística e nos custos de implantação além de discutir a tipologia das turbinas capazes de aproveitar o potencial energético. É avaliado, com o auxilio de modelos hidráulicos e de otimização, o posicionamento das centrais geradoras na rede e os possíveis benefícios, restrições e impedimentos ao seu uso, desenvolvendo uma metodologia para facilitar a tomada de decisão quanto ao aproveitamento para geração, ou não, em redes diversas. A construção deste procedimento e ferramenta são desenvolvidos a partir do estudo de caso do sistema distribuidor de água do Município de Piquete no estado de São Paulo, Brasil.

Microturbinas em redes de abastecimento de água

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.

Localização de faltas de curta duração em redes de distribuição.

O objetivo deste trabalho é contribuir com o desenvolvimento de uma técnica baseada em sistemas inteligentes que possibilite a localização exata ou aproximada do ponto de origem de uma Variação de Tensão de Curta Duração (VTCD) (gerada por uma falta) em um sistema de distribuição de energia elétrica. Este trabalho utiliza um Phase-Locked Loop (PLL) com o intuito de detectar as faltas. Uma vez que a falta é detectada, os sinais de tensão obtidos durante a falta são decompostos em componentes simétricas instantâneas por meio do método proposto. Em seguida, as energias das componentes simétricas são calculadas e utilizadas para estimar a localização da falta. Nesta pesquisa, são avaliadas duas estruturas baseadas em Redes Neurais Artificiais (RNAs). A primeira é projetada para classificar a localização da falta em um dos pontos possíveis e a segunda é projetada para estimar a distância da falta ao alimentador. A técnica aqui proposta aplica-se a alimentadores trifásicos com cargas equilibradas. No desenvolvimento da mesma, considera-se que há disponibilidade de medições de tensões no nó inicial do alimentador e também em pontos esparsos ao longo da rede de distribuição. O banco de dados empregado foi obtido através de simulações de um modelo de alimentador radial usando o programa PSCAD/EMTDC. Testes de sensibilidade empregando validação-cruzada são realizados em ambas as arquiteturas de redes neurais com o intuito de verificar a confiabilidade dos resultados obtidos. Adicionalmente foram realizados testes com faltas não inicialmente contidas no banco de dados a fim de se verificar a capacidade de generalização das redes. Os desempenhos de ambas as arquiteturas de redes neurais foram satisfatórios e demonstram a viabilidade das técnicas propostas para realizar a localização de faltas em redes de distribuição.

Estudo de redes de distribuição de energia

Dissertação de mestrado, Energias Renováveis e Gestão de Energia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Análise crítica do Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica

Localização Ótima de Aparelhos de Corte Normalmente Abertos e Normalmente Fechados em Redes de Distribuição

Tipicamente as redes elétricas de distribuição apresentam uma topologia parcialmente malhada e são exploradas radialmente. A topologia radial é obtida através da abertura das malhas nos locais que otimizam o ponto de operação da rede, através da instalação de aparelhos de corte que operam normalmente abertos. Para além de manterem a topologia radial, estes equipamentos possibilitam também a transferência de cargas entre saídas, aquando da ocorrência de defeitos. As saídas radiais são ainda dotadas de aparelhos de corte que operam normalmente fechados, estes têm como objetivo maximizar a fiabilidade e isolar defeitos, minimizando a área afetada pelos mesmos. Assim, na presente dissertação são desenvolvidos dois algoritmos determinísticos para a localização ótima de aparelhos de corte normalmente abertos e fechados, minimizando a potência ativa de perdas e o custo da energia não distribuída. O algoritmo de localização de aparelhos de corte normalmente abertos visa encontrar a topologia radial ótima que minimiza a potência ativa de perdas. O método é desenvolvido em ambiente Matlab – Tomlab, e é formulado como um problema de programação quadrática inteira mista. A topologia radial ótima é garantida através do cálculo de um trânsito de potências ótimo baseado no modelo DC. A função objetivo é dada pelas perdas por efeito de Joule. Por outro lado o problema é restringido pela primeira lei de Kirchhoff, limites de geração das subestações, limites térmicos dos condutores, trânsito de potência unidirecional e pela condição de radialidade. Os aparelhos de corte normalmente fechados são localizados ao longo das saídas radiais obtidas pelo anterior algoritmo, e permite minimizar o custo da energia não distribuída. No limite é possível localizar um aparelho de corte normalmente fechado em todas as linhas de uma rede de distribuição, sendo esta a solução que minimiza a energia não distribuída. No entanto, tendo em conta que a cada aparelho de corte está associado um investimento, é fundamental encontrar um equilíbrio entre a melhoria de fiabilidade e o investimento. Desta forma, o algoritmo desenvolvido avalia os benefícios obtidos com a instalação de aparelhos de corte normalmente fechados, e retorna o número e a localização dos mesmo que minimiza o custo da energia não distribuída. Os métodos apresentados são testados em duas redes de distribuição reais, exploradas com um nível de tensão de 15 kV e 30 kV, respetivamente. A primeira rede é localizada no distrito do Porto e é caraterizada por uma topologia mista e urbana. A segunda rede é localizada no distrito de Bragança e é caracterizada por uma topologia maioritariamente aérea e rural.

Dimensionamento de rede de distribuição de água tipo ramificada

O vídeo aborda conceitos de hidráulica, ressalta tópicos sobre pressões exigidas (dinâmica e estática) recomendadas pela norma, apresenta um caso prático de rede ramificada e finaliza com dimensionamento de todas as variáveis e equações pertinentes a esse cálculo.

Uso de técnicas de otimização baseadas em derivadas como suporte do planejamento operacional de redes de distribuição de energia elétrica

The usual programs for load flow calculation were in general developped aiming the simulation of electric energy transmission, subtransmission and distribution systems. However, the mathematical methods and algorithms used by the formulations were based, in majority, just on the characteristics of the transmittion systems, which were the main concern focus of engineers and researchers. Though, the physical characteristics of these systems are quite different from the distribution ones. In the transmission systems, the voltage levels are high and the lines are generally very long. These aspects contribute the capacitive and inductive effects that appear in the system to have a considerable influence in the values of the interest quantities, reason why they should be taken into consideration. Still in the transmission systems, the loads have a macro nature, as for example, cities, neiborhoods, or big industries. These loads are, generally, practically balanced, what reduces the necessity of utilization of three-phase methodology for the load flow calculation. Distribution systems, on the other hand, present different characteristics: the voltage levels are small in comparison to the transmission ones. This almost annul the capacitive effects of the lines. The loads are, in this case, transformers, in whose secondaries are connected small consumers, in a sort of times, mono-phase ones, so that the probability of finding an unbalanced circuit is high. This way, the utilization of three-phase methodologies assumes an important dimension. Besides, equipments like voltage regulators, that use simultaneously the concepts of phase and line voltage in their functioning, need a three-phase methodology, in order to allow the simulation of their real behavior. For the exposed reasons, initially was developped, in the scope of this work, a method for three-phase load flow calculation in order to simulate the steady-state behaviour of distribution systems. Aiming to achieve this goal, the Power Summation Algorithm was used, as a base for developing the three phase method. This algorithm was already widely tested and approved by researchers and engineers in the simulation of radial electric energy distribution systems, mainly for single-phase representation. By our formulation, lines are modeled in three-phase circuits, considering the magnetic coupling between the phases; but the earth effect is considered through the Carson reduction. It s important to point out that, in spite of the loads being normally connected to the transformer s secondaries, was considered the hypothesis of existence of star or delta loads connected to the primary circuit. To perform the simulation of voltage regulators, a new model was utilized, allowing the simulation of various types of configurations, according to their real functioning. Finally, was considered the possibility of representation of switches with current measuring in various points of the feeder. The loads are adjusted during the iteractive process, in order to match the current in each switch, converging to the measured value specified by the input data. In a second stage of the work, sensibility parameters were derived taking as base the described load flow, with the objective of suporting further optimization processes. This parameters are found by calculating of the partial derivatives of a variable in respect to another, in general, voltages, losses and reactive powers. After describing the calculation of the sensibility parameters, the Gradient Method was presented, using these parameters to optimize an objective function, that will be defined for each type of study. The first one refers to the reduction of technical losses in a medium voltage feeder, through the installation of capacitor banks; the second one refers to the problem of correction of voltage profile, through the instalation of capacitor banks or voltage regulators. In case of the losses reduction will be considered, as objective function, the sum of the losses in all the parts of the system. To the correction of the voltage profile, the objective function will be the sum of the square voltage deviations in each node, in respect to the rated voltage. In the end of the work, results of application of the described methods in some feeders are presented, aiming to give insight about their performance and acuity

Uso de técnicas de otimização baseadas em derivadas como suporte do planejamento operacional de redes de distribuição de energia elétrica

The usual programs for load flow calculation were in general developped aiming the simulation of electric energy transmission, subtransmission and distribution systems. However, the mathematical methods and algorithms used by the formulations were based, in majority, just on the characteristics of the transmittion systems, which were the main concern focus of engineers and researchers. Though, the physical characteristics of these systems are quite different from the distribution ones. In the transmission systems, the voltage levels are high and the lines are generally very long. These aspects contribute the capacitive and inductive effects that appear in the system to have a considerable influence in the values of the interest quantities, reason why they should be taken into consideration. Still in the transmission systems, the loads have a macro nature, as for example, cities, neiborhoods, or big industries. These loads are, generally, practically balanced, what reduces the necessity of utilization of three-phase methodology for the load flow calculation. Distribution systems, on the other hand, present different characteristics: the voltage levels are small in comparison to the transmission ones. This almost annul the capacitive effects of the lines. The loads are, in this case, transformers, in whose secondaries are connected small consumers, in a sort of times, mono-phase ones, so that the probability of finding an unbalanced circuit is high. This way, the utilization of three-phase methodologies assumes an important dimension. Besides, equipments like voltage regulators, that use simultaneously the concepts of phase and line voltage in their functioning, need a three-phase methodology, in order to allow the simulation of their real behavior. For the exposed reasons, initially was developped, in the scope of this work, a method for three-phase load flow calculation in order to simulate the steady-state behaviour of distribution systems. Aiming to achieve this goal, the Power Summation Algorithm was used, as a base for developping the three phase method. This algorithm was already widely tested and approved by researchers and engineers in the simulation of radial electric energy distribution systems, mainly for single-phase representation. By our formulation, lines are modeled in three-phase circuits, considering the magnetic coupling between the phases; but the earth effect is considered through the Carson reduction. Its important to point out that, in spite of the loads being normally connected to the transformers secondaries, was considered the hypothesis of existence of star or delta loads connected to the primary circuit. To perform the simulation of voltage regulators, a new model was utilized, allowing the simulation of various types of configurations, according to their real functioning. Finally, was considered the possibility of representation of switches with current measuring in various points of the feeder. The loads are adjusted during the iteractive process, in order to match the current in each switch, converging to the measured value specified by the input data. In a second stage of the work, sensibility parameters were derived taking as base the described load flow, with the objective of suporting further optimization processes. This parameters are found by calculating of the partial derivatives of a variable in respect to another, in general, voltages, losses and reactive powers. After describing the calculation of the sensibility parameters, the Gradient Method was presented, using these parameters to optimize an objective function, that will be defined for each type of study. The first one refers to the reduction of technical losses in a medium voltage feeder, through the installation of capacitor banks; the second one refers to the problem of correction of voltage profile, through the instalation of capacitor banks or voltage regulators. In case of the losses reduction will be considered, as objective function, the sum of the losses in all the parts of the system. To the correction of the voltage profile, the objective function will be the sum of the square voltage deviations in each node, in respect to the rated voltage. In the end of the work, results of application of the described methods in some feeders are presented, aiming to give insight about their performance and acuity

Determinação de Chaveamento para Recomposição do Serviço em Redes de Distribuição de Energia Elétrica em Média Tensão Através de Métodos Baseado em Parâmetros de Sensibilidade

The reconfiguration of a distribution network is a change in its topology, aiming to provide specific operation conditions of the network, by changing the status of its switches. It can be performed regardless of any system anomaly. The service restoration is a particular case of reconfiguration and should be performed whenever there is a network failure or whenever one or more sections of a feeder have been taken out of service for maintenance. In such cases, loads that are supplied through lines sections that are downstream of portions removed for maintenance may be supplied by the closing of switches to the others feeders. By classical methods of reconfiguration, several switches may be required beyond those used to perform the restoration service. This includes switching feeders in the same substation or for substations that do not have any direct connection to the faulted feeder. These operations can cause discomfort, losses and dissatisfaction among consumers, as well as a negative reputation for the energy company. The purpose of this thesis is to develop a heuristic for reconfiguration of a distribution network, upon the occurrence of a failure in this network, making the switching only for feeders directly involved in this specific failed segment, considering that the switching applied is related exclusively to the isolation of failed sections and bars, as well as to supply electricity to the islands generated by the condition, with significant reduction in the number of applications of load flows, due to the use of sensitivity parameters for determining voltages and currents estimated on bars and lines of the feeders directly involved with that failed segment. A comparison between this process and classical methods is performed for different test networks from the literature about networks reconfiguration

Caracterização e avaliação do macro sistema urbano de distribuição de água de Natal RN

The aim of this study is to characterize and evaluate the Macro System of Regional Water Distribution Natal North (RNN) and Southern Regional Natal (RNS), covering 35% and 65% respectively of the Natal-RN City. The terms of the quality and quantity of water (surface and groundwater) were also evaluated in order to adjust the parameters that contribute to proper distribution and control in water reserves. The methodology of the work took place from collecting volumetric data of production capacity and distribution of the two treatment plants for Regional as well as the flow rates of wells. Yet the quantitative capacity of reservation, distribution and consumption of the main reservoirs, population numbers and consumption of members neighborhoods were collected. Data were tabulated and used in computational simulator EPANET to diagnose possible through the water balance, the offers and demands on the water supply system in the neighborhoods of the capital, linking them to specific distribution points. We also evaluated the wells in the levels of nitrate in water consumed. As a result it was found that some neighborhoods in the South Regional Natal, was ranked as critical supply situation: City of Hope, Lagoa Nova and Nova Descoberta, where demand exceeds supply. While in most Northern Regional Natal present deficiency in the supply system as: Lagoa Azul, the Parque dos Coqueiros, igapó, Amarante and Salinas. The rates of nitrate in the city were significant, but manageable with corrective and preventive measures. The averages were 12 mg /l-N in Candelária, 10 mg/l-N in Lagoa Nova, 9 mg/l-N in Satelite, 20 mg/l-N in Gramore and 15 mg/l-N in N. Sra. Apresentação. Therefore proper distribution of water abstracted and implementation of quality control ensures the supply required by the system, associated with preservation of Water Resources of the Metropolitan Region of Natal

Modelo de programação matemática para controle do crescimento da vegetação sob redes de distribuição de energia elétrica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)