Sistemas inteligentes de distribuição de água

Joint Operation of Pressure-Reducing Valves and Pumps for Improving the Efficiency of Water Distribution Systems

Equipe Canal Ciência

Joaquín Izquierdo

Bruno Brentan

Gustavo Meirelles

Edevar Luvizotto Junior

Os cientistas avaliam a eficiência energética e de conservação de água em um sistema de abastecimento de água que se ajusta de acordo com informações recebidas via internet.

Sabemos que a quantidade de água consumida em cada ponto de uma cidade varia conforme a hora do dia, o mês e o dia da semana. Em horários de trabalho, por exemplo, o consumo costuma ser concentrado em estabelecimentos comerciais. Já, durante a noite, quando as pessoas estão em suas casas, o consumo maior concentra-se em zonas residenciais. Como a pressão da água precisa ser forte o suficiente para que alcance todos os locais em que é usada, muitas vezes ocorrem vazamentos nos encanamentos de regiões em que a água não está sendo consumida.

Por esse motivo é que os sistemas de abastecimento de água são tão importantes dentro das cidades. Eles funcionam com encanamentos, bombas e válvulas que impulsionam e controlam a pressão da água que passa pela tubulação. Por exemplo, se a água em um cano não tiver força o suficiente para atingir regiões mais elevadas de uma cidade, é necessário instalar uma bomba que a impulsione. Da mesma forma, se a água estiver chegando a um ponto de sua distribuição com excesso de pressão, são instaladas válvulas para reduzir o seu fluxo, evitando vazamentos.

Com isso em mente, o pesquisador Bruno Brentan, da Universidade Federal de Minas Gerais, e seus colaboradores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade Politécnica de Valencia (na Espanha), estudaram sistemas de controle de pressão de água em encanamentos e seus impactos no consumo de energia elétrica e vazamentos. Para isso, os cientistas analisaram o desempenho de válvulas e bombas que se ajustavam quase instantaneamente às necessidades da população, através do controle feito por comunicação digital via internet.

A pesquisa utilizou como modelo de estudo um sistema de abastecimento fictício de uma cidade, chamado de D-town network (Figura 1). Para calcular a demanda de água da população nessa cidade em diferentes pontos geográficos e em diversos horários do dia, foram usados dados reais de uma cidade brasileira, tais como temperatura, umidade do ar e presença de chuvas. Isso porque se sabe, por exemplo, que em períodos de temperatura mais alta há maior consumo de água.

Os pesquisadores utilizaram algoritmos que determinavam o funcionamento das bombas de água e válvulas que ajustassem a pressão mais adequada para evitar desperdícios por meio de vazamentos ou de consumo excessivo de energia elétrica. Como a utilização de água em cada região varia consideravelmente ao longo do tempo, foi empregado um sistema que se comunica à internet e recebe informações sobre consumo de diferentes regiões da cidade a cada intervalo de tempo determinado. Esses dados seriam (em uma situação real) encaminhados para um processador que os utiliza para prever o consumo de água em determinada região nos próximos momentos, permitindo o ajuste no funcionamento de bombas e válvulas quase instantaneamente.

Foi então observado o quanto esse funcionamento automatizado e inteligente de controle da pressão de água contribuiria em termos de redução de gastos de energia elétrica e desperdício de água em possíveis vazamentos. O desempenho foi comparado a uma solução proposta anteriormente para a operação do sistema de abastecimento da D-town em outro estudo. Os pesquisadores também avaliaram o desempenho do método proposto por eles em relação ao funcionamento de um sistema convencional de distribuição, em que as bombas de água funcionam a velocidades constantes e as válvulas ficam sempre abertas.

O método de ajuste automático utilizado no estudo foi capaz de realizar a distribuição de água na região urbana usada como modelo poupando 17% mais energia do que a opção proposta em outros estudos. Em relação ao funcionamento convencional, a economia no uso de energia chegou a 42,55%. Os autores relatam ainda que a redução no desperdício de água por vazamentos também foi significativa.

Os resultados desta pesquisa abrem portas para novas investigações sobre como o método proposto funcionaria em redes de abastecimento maiores, podendo chegar a ser implementado em cidades e, dessa forma, contribuir para a economia de energia elétrica e de água. No Brasil, por exemplo, há um problema considerável no que diz respeito ao desperdício de água por vazamentos. Dados do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) mostram que a perda no processo de distribuição em 2016 foi em torno de 38%. Somado a isso, eventos provavelmente relacionados às mudanças climáticas globais têm afetado o regime de chuvas em diversos países, incluindo o Brasil. Dados da Agência Nacional de Água mostram que cerca de 48 milhões de pessoas foram prejudicadas pelas secas no Brasil entre 2013 e 2016.

Considerando os impactos de falta de água no dia a dia das pessoas e nas atividades econômicas, a moderação em seu uso racional é uma das metas necessárias para promover o desenvolvimento sustentável. Inclusive, um dos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável consiste em garantir o fornecimento de água potável e saneamento básico para a população. O Brasil, em particular, precisa se atentar para a conservação de seus recursos hídricos, já que depende deles para a produção industrial e agrícola (uma das principais atividades econômicas do país), e também para a geração de energia elétrica (a principal fonte de eletricidade brasileira é provinda de Usinas Hidrelétricas). A água é, sobretudo, um recurso natural finito e essencial para a continuidade de vida em nosso planeta.

Ciências Exatas e da Terra

Portuguesa Sustentabilidade

Portuguesa Consumo de água

Portuguesa Consumo de energia elétrica

ODS 6: Água Potável e Saneamento

ODS 7: Energia Limpa e Acessível

BRETAN, Bruno. et al. Joint Operation of Pressure-Reducing Valves and Pumps for Improving the Efficiency of Water Distribution Systems. Journal of Water Resources Planning and Management, vol. 144, 2018.Disponível em: https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000974. Acesso em: 19 jul. 2022.

August 25, 2020