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Previous issue date: 2017-09-29 / Faced with urban population growth and the importance of water as a limited natural resource,
there is a need to implement techniques to reduce the operational costs of water distribution
systems and ensure adequate supply. The optimization of pump operation can be used to meet
the demands of consumption with a lower energy cost, in addition to maximizing hydraulic
reliability. In this work, a hybrid optimization / simulation model was developed based on the
multiobjective genetic algorithms and the EPANET hydraulic simulator. The NSGA II (Nondominated
Sorting Genetic Algorithm II) method was used to optimize the operation of variable
rotation pumps, that is, the decision variables of the problem were the rotation of the pumps for
each hour throughout the day. A modification of the original EPANET hydraulic simulator,
which does not correctly compute the efficiency of variable-speed pumps, was employed so
that the power of each pump, and consequently the cost of electric power, was calculated
correctly. The representation of the system in the model was done by means of the configuration
of the hypothetical network called ANYTOWN in the EPANET and implementation of the
Multiobjective Evolutionary Algorithm, determination of the penalty coefficients and
determination of genetic parameters and operators (population, generation number, mutation
probability and probability of recombination). The validity test of the developed model was
obtained through simulations performed with the input data, including the patterns of variation
of the speed of rotation of the pumps. Non-dominated solutions (Pareto Front) were obtained
considering first the negative pressure penalty at the nodes and, subsequently, the negative
pressure penalties at the nodes and the closure / shutdown of tubes and / or pumps. All points
found represent optimal operating solutions for the system considering the period of the last 24
hours for calculating the objective functions. The results obtained for the two previously defined
objectives demonstrate the effectiveness of the model, since mainly with adoption of penalty 2,
presents adequate pressures at the nodes and adequate water level in the reservoir, with the
consequent saving of electric energy and increased hydraulic reliability. / Diante do crescimento populacional urbano e importância da água como recurso natural
limitado, verifica-se a necessidade de implementar técnicas com a finalidade de reduzir os
custos operacionais dos sistemas de distribuição de água e garantir abastecimento adequado. A
otimização da operação de bombas pode ser utilizada com o propósito de atender as demandas
de consumo com um menor custo energético, além de maximizar a confiabilidade hidráulica.
Neste trabalho, um modelo híbrido de otimização/simulação foi desenvolvido tendo como
suporte os algoritmos genéticos multiobjetivo e o simulador hidráulico EPANET. O método
NSGA II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) foi utilizado para a otimização da
operação de bombas de rotação variável, ou seja, as variáveis de decisão do problema foram a
rotação das bombas para cada hora ao longo do dia. Uma modificação do simulador hidráulico
EPANET original, que não computa corretamente o rendimento de bombas de rotação variável,
foi empregada para que as potências de cada bomba e, consequentemente o custo da energia
elétrica, fossem calculadas corretamente. Foi realizada a representação do sistema no modelo,
por meio da configuração da rede hipotética denominada ANYTOWN no EPANET e
implementação do Algoritmo Evolucionário Multiobjetivo, determinação dos coeficientes de
penalidade e determinação dos parâmetros e operadores genéticos (população, número de
geração, probabilidade de mutação e probabilidade de recombinação). O teste de validade do
modelo desenvolvido foi obtido por meio das simulações realizadas com os dados de entrada,
incluindo os padrões de variação da velocidade de rotação das bombas. Conjuntos de soluções
não dominadas (Frente Pareto) foram obtidos considerando-se primeiramente a penalidade de
pressão negativa nos nós e, posteriormente, as penalidades de pressão negativa nos nós e
fechamento/desligamento de tubos e/ou bombas. Todos os pontos encontrados representam
soluções operacionais ótimas para o sistema considerando-se o período das últimas 24 horas
para o cálculo das funções objetivo. Os resultados obtidos para os dois objetivos previamente
definidos demonstram a eficácia do modelo, visto que principalmente com adoção da
penalidade 2, apresenta pressões adequadas nos nós e nível adequado de água no reservatório,
com a consequente economia de energia elétrica e aumento da confiabilidade hidráulica.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/7941 |
| Date | 29 September 2017 |
| Creators | Santos, Layara de Paula Sousa |
| Contributors | Soares, Alexandre Kepler, Soares, Alexandre Kepler, Araújo, José Vicente Granato de, Souza, Saulo Bruno Silveira e, Formiga, Klebber Teodomiro Martins, Vasco, Joel Roberto Guimarães |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária (EEC), UFG, Brasil, Escola de Engenharia Civil - EEC (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 8238486861925058269, 600, 600, 600, 724087251626315585, 162673199464443160 |
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