O presente trabalho propõe um modelo de operação sustentado por um sistema de suporte à decisão para operar a distribuição de água em tempo real atendendo a condições / restrições hidráulicas com o mínimo custo de energia elétrica. O atendimento às condições / restrições hidráulicas são avaliadas por um modelo simulador hidráulico previamente montado e calibrado. O conjunto de resultados avaliados pelo modelo de simulação hidráulica é analisado por um modelo de otimização proposto com solução de programação linear. As condições de operação em tempo real geram a necessidade de alimentação de informações operacionais automáticas a qualquer momento e com curto espaço de tempo – menor que horário. Para uma operação otimizada, previamente analisada por um modelo de simulação hidráulica cria uma condição critérios para uma previsão do consumo a ser atendido nas próximas horas. Um refinamento desses critérios são utilizados em um modelo de previsão de demanda de água que prevê e checa seus resultados de forma dinâmica. O modelo de operação proposto cria uma interface entre todos esses sistemas. Essa interface é testada e avaliada a partir de um estudo de caso aplicado no Sistema Adutor Metropolitano de São Paulo. A eficiência do modelo de operação proposto é apresentada tendo como resultado uma redução no custo de energia elétrica. / This assignment considers an operation model supported by decision support systems to operates the water supply systems in real time, considering the hydraulical conditions while achieving some performance goals, in this case, reducing electricity costs (minimization of pumping costs) the attempt of the hydraulic constraints are evaluated by an hydraulical simulator previously calibrated. The set of results are analyzed by an optimization model which uses a linear programming. The operation conditions in real time requires automatic feeding operational information shortly at any time (less than an hour) for an optimized operation, previously analyzed by a hydraulic simulation model with creates condition criteria of consumption within following hours. These criteria are refined according to a demand prediction model that dynamically previews and checks the consumption results. This proposed model creates an interface between all these systems. This interface is tested and evaluated according to a study of the São Paulo´s metropolitan area, “Sistema Alto Tietê”. The efficiency of this proposed model is presented having reductions in the electric energy costs.

No contexto da crescente problemática da água, soluções em diferentes níveis têm sido adotadas no Brasil e no mundo. Exemplo de atuação no nível dos sistemas prediais, o uso racional da água tem sido objeto de diversos estudos. Neste trabalho, são avaliados, segundo uma abordagem sistêmica, as atividades a serem contempladas na implementação de Programas Permanentes de Uso Racional da Água, especialmente em campi universitários, e seus potenciais resultados. Características dos campi como área, número de edificações, população e consumo de água elevados, além do desenvolvimento de múltiplas atividades, demonstram sua importância e justificam a atenção. São avaliadas, portanto, as atividades de planejamento, pré-implantação, implantação e pós-implantação, além das atividades de gestão da demanda de água, que devem permear todo o Programa. Como resultado desta implementação estruturada, propõe-se, como impactos - a redução do consumo de água, e como efeitos - alterações no sistema de suprimento de água fria, em rotinas administrativas e de manutenção predial, e em parâmetros de projeto; desenvolvimento tecnológico dos equipamentos; despertar para a conservação da água; e mudanças comportamentais dos usuários. A implementação e os resultados do Programa de Uso Racional da Água da Universidade de São Paulo (PURA-USP) completam o trabalho. Em desenvolvimento desde 1998, o PURA-USP obteve, como impactos até 2003, uma redução no consumo de água de 36% (de 137.881 para 88.366 m³/mês) e um benefício líquido acumulado de R$ 46,61 milhões. / In the context of the increasing water issues concerns, solutions at different levels have been adopted in Brazil and worldwide. As an example of actuation at the building systems level, water conservation has been the object of several studies. In this work, the activities to be fulfilled in the implementation of a Permanent Water Conservation Program, specially when applied to university campi, as well as the possible results are evaluated under a system approach. Campi characteristics such as area, number of buildings, population, and high water consumption, besides the development of multiple activities, show the importance of this issue and justify the concerns. The Program planning, pre-implantation, implantation and post-implantation activities, besides the water demand management activities - that must be carried out throughout the program - are evaluated then. As results of this structured implementation, it is proposed as impacts - the water consumption reduction, and as effects - the changes in the water supply systems, in administrative and building maintenance routines, in design parameters, in the technological development of fixtures, in the awakening for the alternatives water sources, and in the users behavior. The implementation and the results of the Water Conservation Program of the University of São Paulo (Programa de Uso Racional da Água da Universidade de São Paulo - PURA-USP) finish the work. The PURA-USP, in development since 1998, achieved as impacts, until 2003, 36% of water consumption reduction (from 137,881 to 88,366 m³/month) and gathered net benefit of US$ 16.13 millions (R$ 46,61 milhões).

No presente trabalho é estudada a utilização da medição setorizada como instrumento de gestão da demanda de água em sistemas prediais. Para tanto, a caracterização dos medidores e a análise das interações dos elementos de medição com o sistema de suprimento de água fria e de equipamento sanitário são realizados a partir de um enfoque sistêmico e de desempenho. Considerando a coleta de melhores informações, qualitativamente e quantitativamente acerca do consumo, essencial para a gestão da demanda de água, e especialmente em um contexto de ações de conservação, neste trabalho levantou-se os sistemas de telemedição. Apresentou-se uma proposta de planejamento de implantação da medição setorizada e quais elementos que devem ser observados para a gestão da demanda. Para subsidiar as avaliações, realizou-se o estudo de caso da medição setorizada na Universidade de São Paulo, no qual foi possível verificar a importância da sua aplicação e os resultados extremamente positivos que justificaram sua implantação. / In this work it is studied the use of submetering as an instrument of water demand management in building systems. In such way, the characterization of the meters and the analysis of the interactions of its elements with the building hydraulical system are carried on a systemic approach and performance analysis of the proposal. Considering the collection of better information of water consumption essential for the water demand management, especially in a conservation context, it was searched out the systems and the technologies of remote metering. A proposal for the planning of the submetering implantation was showed, as well as the elements that should be considered for the demand management. To make the evaluations, the case study of the submetering program in the University of São Paulo was accomplished, in which it was possible to verify the importance of its application and the extremely positive results that had justified its implantation.

A modelagem da demanda de água residencial fornece importantes subsídios ao dimensionamento e gerenciamento de redes de abastecimento de água. O comportamento desta demanda pode ser descrito através de processos estocásticos, caracterizados pela ocorrência de pulsos retangulares de demanda de água ao longo do tempo. Nesse contexto, este trabalho de pesquisa teve como objetivos monitorar e modelar a demanda de água residencial através dos modelos estocásticos dos pulsos retangulares de Neyman Scott (NSRP) e dos Pulsos Totais (OP). Enquanto que no modelo NSRP há a tentativa de simular a demanda de água através da representação dos seus constituintes elementares, no modelo OP busca-se a representação direta da demanda de água agregada dos usuários finais, como observada nos hidrômetros. A calibração e a validação dos modelos foram feitas a partir do monitoramento do consumo de água de quatro residências localizadas na cidade de São Carlos, caracterizadas por perfis de abastecimento distintos. Para tanto, foram desenvolvidos dispositivos dataloggers, que associados aos sensores/emissores de pulsos dos hidrômetros, permitiram o monitoramento do consumo de água ao longo do tempo dos usuários residenciais individuais. Durante a elaboração da pesquisa, foram observados efeitos negativos nas modelagens relacionados à influência dos reservatórios domiciliares (caixas d\'água) no perfil temporal do consumo de água das residências. Buscando mitigar esses efeitos, foram propostas modificações nas etapas de calibração e de geração das séries sintéticas de demanda de água. De uma forma geral, observou-se que as modificações propostas contribuíram para que as séries sintéticas geradas a partir dos modelos NSRP e OP reproduzissem de forma mais acurada as estatísticas das séries observadas, principalmente com relação às intensidades e durações das demandas simuladas. Apesar de as versões modificadas dos modelos NSRP e OP apresentarem desempenho similar na reprodução das médias, variâncias e covariâncias das séries observadas, o modelo OP reproduziu de forma mais consistente os volumes consumidos diários observados. / The modelling of residential water demand provides important subsidies for the design and management of water supply networks. The behavior of this demand can be described through stochastic processes, characterized by the occurrence of rectangular pulses of water demand over time. In this context, the objectives of this research were to monitor and model residential water demand using the Neyman Scott Rectangular Pulse model (NSRP) and Overall Pulse model (OP). While in the NSRP model there is the attempt to simulate the water demand through the representation of its elementary constituents, the OP model aims to direct represent the aggregate water demand of the end users, as observed in water meters. The calibration and validation of the models were done by monitoring the water consumption of four residences located in the city of São Carlos, characterized by different supply profiles. To this end, dataloggers were developed, which, coupled with sensors/pulse emitters and water meters, allowed the monitoring of water consumption over time of individual residential users. During the research, negative effects were observed in the models, related to the influence of the domestic reservoirs on the temporal patter of water consumption of the residences. To mitigate these effects, modifications were proposed in the calibration and generation stages of the synthetic water demand generation series. In general, it was observed that these proposed modifications contributed to a more accurately reproduction of the observed series statistics by the OP and NSRP synthetic series, especially regarding the intensities and durations of the simulated demands. Although the modified versions of the NSRP and OP models presented similar performance in the reproduction of the means, variances and covariance of the observed series, the OP model reproduced in a more consistent way the observed daily consumed volumes.

A modelagem da demanda de água residencial fornece importantes subsídios ao dimensionamento e gerenciamento de redes de abastecimento de água. O comportamento desta demanda pode ser descrito através de processos estocásticos, caracterizados pela ocorrência de pulsos retangulares de demanda de água ao longo do tempo. Nesse contexto, este trabalho de pesquisa teve como objetivos monitorar e modelar a demanda de água residencial através dos modelos estocásticos dos pulsos retangulares de Neyman Scott (NSRP) e dos Pulsos Totais (OP). Enquanto que no modelo NSRP há a tentativa de simular a demanda de água através da representação dos seus constituintes elementares, no modelo OP busca-se a representação direta da demanda de água agregada dos usuários finais, como observada nos hidrômetros. A calibração e a validação dos modelos foram feitas a partir do monitoramento do consumo de água de quatro residências localizadas na cidade de São Carlos, caracterizadas por perfis de abastecimento distintos. Para tanto, foram desenvolvidos dispositivos dataloggers, que associados aos sensores/emissores de pulsos dos hidrômetros, permitiram o monitoramento do consumo de água ao longo do tempo dos usuários residenciais individuais. Durante a elaboração da pesquisa, foram observados efeitos negativos nas modelagens relacionados à influência dos reservatórios domiciliares (caixas d\'água) no perfil temporal do consumo de água das residências. Buscando mitigar esses efeitos, foram propostas modificações nas etapas de calibração e de geração das séries sintéticas de demanda de água. De uma forma geral, observou-se que as modificações propostas contribuíram para que as séries sintéticas geradas a partir dos modelos NSRP e OP reproduzissem de forma mais acurada as estatísticas das séries observadas, principalmente com relação às intensidades e durações das demandas simuladas. Apesar de as versões modificadas dos modelos NSRP e OP apresentarem desempenho similar na reprodução das médias, variâncias e covariâncias das séries observadas, o modelo OP reproduziu de forma mais consistente os volumes consumidos diários observados. / The modelling of residential water demand provides important subsidies for the design and management of water supply networks. The behavior of this demand can be described through stochastic processes, characterized by the occurrence of rectangular pulses of water demand over time. In this context, the objectives of this research were to monitor and model residential water demand using the Neyman Scott Rectangular Pulse model (NSRP) and Overall Pulse model (OP). While in the NSRP model there is the attempt to simulate the water demand through the representation of its elementary constituents, the OP model aims to direct represent the aggregate water demand of the end users, as observed in water meters. The calibration and validation of the models were done by monitoring the water consumption of four residences located in the city of São Carlos, characterized by different supply profiles. To this end, dataloggers were developed, which, coupled with sensors/pulse emitters and water meters, allowed the monitoring of water consumption over time of individual residential users. During the research, negative effects were observed in the models, related to the influence of the domestic reservoirs on the temporal patter of water consumption of the residences. To mitigate these effects, modifications were proposed in the calibration and generation stages of the synthetic water demand generation series. In general, it was observed that these proposed modifications contributed to a more accurately reproduction of the observed series statistics by the OP and NSRP synthetic series, especially regarding the intensities and durations of the simulated demands. Although the modified versions of the NSRP and OP models presented similar performance in the reproduction of the means, variances and covariance of the observed series, the OP model reproduced in a more consistent way the observed daily consumed volumes.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-06-04T18:21:18Z No. of bitstreams: 1 SOAHD ARRUDA RACHED FARIAS - TESE PPGEA 2006..pdf: 106641017 bytes, checksum: 00962c5527d6dea906019cefb658d12c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-04T18:21:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SOAHD ARRUDA RACHED FARIAS - TESE PPGEA 2006..pdf: 106641017 bytes, checksum: 00962c5527d6dea906019cefb658d12c (MD5) Previous issue date: 2006-10 / Propõe-se, no presente trabalho, uma avaliação de custos de energia e água. dentro do planejamento agrícola irrigado obtendo-se, inicialmente, as demandas brutas de água e energia para as culturas do coco anão (Cocos nucifera L.), mamão {Carica papayá) e banana pacovã {Musa spp) em 14 municípios do Nordeste Brasileiro e se utilizando dois sistemas pressuridados, através de uma simulação de projeto agronómico de irrigação. O menor consumo de água anual previsto para irrigação foi na localidade de Mamanguape, PB, necessitando-se apenas de 37,4%; 35,5% e 41,4% respectivamente, para as culturas de coco anão, mamão e Banana pacovã, com relação ao consumo obtido na localidade de maior consumo (Petrolina, PE). Obtiveram-se áreas potenciais para irrigação empregando-se o mesmo conjunto eletrobomba (7,5 CV e vazão de 22 m3 h"1) para as culturas de coco anão, mamão e banana pacovã, respectivamente, de 13,65 ha (localizada) e 4,54 ha (aspersão); 9,45 ha (localizada) e 5,18 ha (aspersão) e 6,25 ha (localizada) e 3,63 ha (Aspersão). A crescente demanda de água e energia ocorreu praticamente combinada pela escala de classificação climática de Hargreaves (1974b), onde percorreu a menor necessidade de complementação o município dc Mamanguape, PB (Clima Seco-Úmido), sequenciado, Pacatuba, SE, Maceió, AL, Aracaju, SE, Natal, RN, Campina Grande, PB, posteriormente os municípios Acaraú, CE, Aracati, CE e Touros, RN de clima Semi-Arido, Canindé de São Francisco, SE, Sousa, PB e Jaguaribe, CE com clima Árido e Açu, RN e Petrolina, PE classificados como de clima Muito Árido. A cultura do coco anão seria a mais penalizada economicamente pela cobrança da água, em virtude do menor custo de manutenção com relação às outras duas culturas da análise. Os valores obtidos através deste estudo poderão ser utilizados como parâmetros de planejamento agrícola irrigado, com maior confiabilidade, quando as médias obtidas, forem agrupadas por clima e os coeficientes de variação apresentarem valores baixos (menor que 10%), desde que tenham características de dimensionamento semelhantes às deste trabalho. E importante observar o comportamento de demanda de irrigação como forma de se avaliar atribuições de tarifa de água bruta, evitando possíveis distorções económicas decorrentes de climas diferenciados em uma mesma bacia hidrográfica / It is considcred, in the present work, an evaluation of costs of energy and water. inside o; the agricultural irrigated planning, getting at first the raw demands from water and energy for the cultures of the dwarfed coconut (Cocos nucifera L.), papaya (Carica papaya) and pacovã banana (Musa spp) in 14 cities from northeast Brazil and if used two pressured systems, through a simulation of agronomic project of irrigation. The lesser foresecn annual water consumption for irrigation was in the locality of Mamanguape, PB, needing itself only 37.4%; 35.5% and 41.4% respectively, for the cultures of dwarfed coconut, papaya and pacovã Banana, based on the consumption gotten in the locality of bigger consumption (Petrolina, PE). Areas with good chance for irrigation had gotten the same using electropumps (7.5 CV and 22 outflow of m3 h"1) for the cultures of dwarfed coconut, papaya and pacovã banana, respectively, of 13.65 ha (located) and 4.54 ha (aspersion); 9,45 ha (located) and 5,18 ha (aspersion) and 6.25 ha (located) and 3.63 ha (Aspersion). The increasing demand of water and energy practically occurred combined by the scale of climatic classification of Hargreaves (1974b), whcre the city of Mamanguape PB (Dry-Wet climate), covered the lesser needs for complementation, following with Pacatuba, SE, Maceió, AE, Aracaju, SE, Natal, RN, Campina Grande, PB, later the cities Acaraú, CE, Aracati, CE and Touros, RN of Semi-Arid climate, Canindé do São Francisco, SE, Sousa, PB and Jaguaribe, CE, with Arid climate and Açu, RN and Petrolina, PE classified as of Very Arid climate. The culture of the dwarfed coconut would be punished economically by the water taxes, because of the lesser cost of maintenance related to the others two cultures in analysis. The values gotten through this study could be used as parameters for irrigated agricultural planning, with bigger trustworthiness, when the gotten averagcs, will be grouped by climate and the coefficients of variation will present low values (lesser than 10%), since they have similar sizing characteristics to the ones of this work. It is important to observe the behavior of irrigation demand as a way of evaluating attributions of raw water taxes, avoiding possible economic distortions due to differentiated climates in one same hidrografic basin.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARTINEZ_Jonathan_2014.pdf: 11989383 bytes, checksum: 96fb53d9544014ea55b1e53ee779c134 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study presents a pump scheduling problem for the capture, transfer and storage of water supply systems in urban networks, whose objective is to minimize the electricity cost associated to the pumping operations. To deal with the dynamic and random nature of the water-demand, we propose two-stage stochastic programming with recourse models, where the random variables are represented by a finite and discrete set of realizations or scenarios. The developed mathematical models are extensions of previous deterministic models of the literature and they reflect the basic assumption that a fixed cost could be incurred by the turn on/ turn off activities of the hydraulic pumps. In order to control violations of the water-demand constraints in the presence of multiple different scenarios, we also consider a robustness technique in an attempt to obtain almost feasible solutions. Last, but not least, we adopt a risk-aversion criteria so-called mean absolute deviation to obtain second-stage costs less dependent on the realizations of the scenarios. The scenarios were generated according to a Monte-Carlo simulation procedure that may use any probability distributions to produce the empirical probabilities of the random variables. As the proposed pump scheduling problem with fixed cost is a two-stage stochastic mixed 0 − 1 program, we develop a efficient hybrid heuristic to obtain good-quality solutions of practical instances in a plausible running time. Overall results evidence the stability of the scenario generation method, the sensitivity of the solution according to the key parameters of the mathematical model, and the efficiency of the heuristic in solving large instances. Finally, we show that is possible to save resources by solving the stochastic programming model instead of adopting simpler approaches based on the expected value. / Esse estudo apresenta um problema de programação de bombas para a captação, armazenamento e transferência de água em sistemas de abastecimentos de água em redes urbanas, cujo objetivo é minimizar o custo de energia elétrica associado às operações de bombeamento. Para lidar com a natureza dinâmica e aleatória da demanda por água, foram propostos modelos de programação estocástica de dois estágios com recurso, em que a variável aleatória é representada por um conjunto finito de realizações ou cenários. Os modelos matemáticos desenvolvidos são extensões de modelos determinísticos da literatura e refletem a suposição básica de que é possível se incorrer em um custo fixo pelas atividades de liga/desliga das bombas hidráulicas. Para controlar as violações das restrições de demanda por água na presença de múltiplos cenários diferentes, considerou-se também uma técnica de robustez na tentativa de gerar soluções quase factíveis. Por último, mas não menos importante, adotou-se um critério de aversão ao risco denominado desvio médio absoluto para obter custos de segundo estágio menos dependentes das realizações dos cenários. Os cenários foram gerados de acordo com um procedimento baseado em simulação Monte-Carlo que pode utilizar qualquer distribuição de probabilidade para produzir as probabilidades empíricas das variáveis aleatórias. Como o problema de programação de bombas com custo fixo proposto é um programa inteiro misto 0−1 estocástico, desenvolve-se uma heurística híbrida eficiente para obter soluções de boa qualidade de instâncias práticas em um tempo computacional plausível. Os resultados evidenciam a estabilidade do método de geração de cenários, a sensibilidade da solução de acordo com parâmetros-chave do modelo matemático, e a eficiência da heurística na resolução de instâncias de grande porte. Finalmente, foi demonstrado que é possível poupar recursos pela resolução do modelo de programação estocástica, em vez de adotar abordagens mais simples baseadas no valor esperado.