:: Instituição

O Grupo de Estudos Energéticos (GEE) da Universidade Federal de Itajubá (Unifei) é um grupo de pesquisa com forte atuação nas áreas de energia e recursos hídricos. Destaca-se por ter criado o primeiro curso de graduação em engenharia hídrica do Brasil e possui um curso de mestrado em engenharia da energia, em que os professores são habilitados para orientações na área de saneamento ambiental, recursos hídricos e meio ambiente. O curso de pós-graduação em engenharia da energia possui a característica de ser abrangente, focando os aspectos técnicos relacionados à energia, sem abrir mão dos condicionantes que a cercam. Atualmente as linhas de pesquisa se concentram em uso racional da energia e água, planejamento energético e de recursos hídricos, geração de energia e suas relações com a sociedade e o meio ambiente.

:: Resumo do Projeto

No ambiente altamente competitivo em que se encontram atualmente as empresas, a busca pelo uso racional de energia assume um caráter estratégico. A eliminação dos desperdícios, a redução das perdas e a racionalização técnico-econômica dos fatores de produção tornaram-se elementos de grande relevância. Tanto os usuários quanto as concessionárias de energia elétrica têm consciência desse novo cenário e buscam alternativas para alcançar tais objetivos. Segundo essa perspectiva, um dos mais promissores campos para a busca de maior eficiência é o de sistemas de bombeamento, principalmente aqueles existentes nas companhias de saneamento.
Os processos que trabalham com bombas centrífugas têm, em geral, uma demanda variável. Conforme apresentado na figura 1, o ponto de operaçãoé determinado pela interseção da curva da bomba, que é uma função de sua rotação com a curva do sistema (ponto 1). O controle da vazão pode ser feito de várias maneiras, sendo uma das mais usuais aquela onde se utiliza uma válvula de controle para alterar a curva do sistema (ponto 2). Dessa maneira, a diminuição da vazão é acompanhada por um aumento da altura de bombeamento.
Uma alternativa a esse método seria utilizar um inversor de freqüência que, reduzindo a rotação de trabalho, alteraria a curva da bomba (ponto 3). Assim, a diminuição da vazão conduz também a um menor valor da altura de bombeamento, gerando uma economia de energia, quando comparada ao método da válvula de controle, proporcional à área hachurada na figura.
No caso particular dos sistemas de saneamento, onde em geral há um reservatório ou caixa d’água acoplados à subestação de bombeamento (figura 2), o controle costuma ser do tipo ‘liga-desliga’. O funcionamento da bomba depende do nível de água do reservatório, o qual é responsável pelo armazenamento e suprimento da água aos consumidores, atuando como um capacitor no sistema. Quando o reservatório chega ao nível máximo estabelecido, a bomba é desligada. O sistema volta a operar quando o nível alcança um valor mínimo ou quando se transcorre um tempo predeterminado. O sistema opera, com qualquer das duas opções, apenas parte do tempo e sempre na vazão máxima. Como as perdas de carga do sistema dependem da vazão ao quadrado, espera-se que, ao operar o sistema em um intervalo de tempo maior, mas com uma vazão menor, as perdas como um todo diminuam, atendendo à vazão solicitada pela população com maior eficiência.

Figura 1 - Economia de energia em bombas com rotação variável


Figura 2 - Sistema urbano de distribuição de água

Dessa forma, o objetivo geral do projeto é avaliar a eficiência na distribuição e no uso da água sob os aspectos de perdas energéticas. O projeto foca o uso de bombas com rotação variável instaladas na rede de distribuição de água, operando segundo estratégias ‘inteligentes’ de controle. Está sendo feito um estudo de caso na cidade de Poços de Caldas (MG), conforme parceria estabelecida como o Departamento Municipal
de Água e Esgoto (DMAE).
São previstos os seguintes objetivos específicos: (i) simular um sistema complexo real de distribuição de água; (ii) desenvolver metodologia para controle de bombas operando em rotação variável, com base em técnicas de inteligência artificial, tal como as redes neurais artificiais (figura 3); (iii) desenvolver metodologia estatística para simulação e previsão da demanda de água em sistemas urbanos de água; (iv) avaliar o potencial de conservação de energia do sistema de distribuição e (v) integrar os sistemas de simulação da rede, controle da bomba e previsão de demanda com um sistema de informação geográfica.
O modelo de simulação de rede utilizado é o Epanet. Para a metodologia de controle do conjunto motor-bomba, será utilizada a técnica de simulação por redes neurais, através da qual será simulado o campo de operação da bomba para as diferentes situações de demanda.
A fim de ampliar as possibilidades de aumento da eficiência energética, será usada a técnica de simulação de Monte Carlo para previsão do comportamento das demandas. Espera-se que a antecipação do consumo de água na rede possa trazer importantes benefícios, pois permite antecipar o ponto ótimo de operação do conjunto motor-bomba.
Outra vantagem do simulador Epanet é a sua capacidade de interface com o programa de Arcgis, também amplamente utilizado no Brasil. Por isso, também está sendo desenvolvida a integração com esse sistema de informação geográfica.



Figura 3 - Representação de um neurônio artificial