Otimização de sistemas de abastecimento de água para redução do custo com energia elétrica: um estudo de caso

Abstract

Devido ao alto custo atual e constantes aumentos originados por uma série de fatores, a energia elétrica tem se demonstrado uma das maiores partes que compõem o orçamento e balanço financeiro de uma empresa. Nas empresas prestadoras de serviços de saneamento básico, que operam o sistema de abastecimento de água dos diversos municípios, este fato não é diferente. Todo o sistema de bombeamento, responsável pela distribuição de água nos mais diversos pontos de cada local, é totalmente dependente de energia elétrica. Para uma vida financeira saudável, as empresas devem buscar alternativas para redução e otimização deste custo tão importante em sua receita. O presente trabalho apresenta um estudo e a otimização de um sistema completo de abastecimento de água a fim de se obter o menor custo levando em consideração os elementos bombeadores alternativos e disponíveis. Nesse contexto, o objetivo principal foi determinar, através de um processo de otimização, o tempo de operação necessário para cada configuração que fornece o menor custo para o abastecimento. Para esse trabalho é utilizada a programação não linear baseada no método SQP (programação quadrática sequencial) para se determinar o mínimo da função do problema de otimização linear, multivariáveis e uni-objetivo com restrições resultantes. Após o processo de otimização dos tempos de operação, é verificado que a metodologia aplicada representa uma redução de 20% nos custos com energia elétrica quando comparada com a configuração atualmente utilizada, além de aumentar a vida útil dos equipamentos e possibilitar o deslocamento da curva de carga para períodos fora do horário de ponta da concessionária.

Due to the current high cost and constant increases arising from a series of factors, electricity has proved to be one of the largest parts that make up a company's budget and financial statement. In companies providing basic sanitation services, which operate the water supply system in the different municipalities, this fact is no different. The entire pumping system, responsible for the distribution of water in the most diverse points of each location, is totally dependent on electrical energy. For a healthy financial life, companies should look for alternatives to reduce and optimize this cost, which is so important in their revenue. The present work presents a study and the optimization of a complete water supply system in order to obtain the lowest cost taking into account the alternative and available pumping elements. In this context, the main objective is to determine, through an optimization process, the operating time required for each configuration that provides the lowest cost for supply. For this work, the nonlinear programming method based on the SQP method (sequential quadratic programming) is used to determine the minimum function of the linear optimization problem, multivariable and uni-objective with resulting restrictions. After the process of optimizing the operating times, it is verified that the applied methodology represents a 20% reduction in electricity costs when compared to the configuration currently used, in addition to increasing the useful life of the equipment and enabling the displacement of the power curve. charge for periods outside the dealer's peak hours.