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Controlador Fuzzy tipo-2 aplicado a válvulas redutoras de pressão para controle noturno em sistemas de abastecimento de água

Resumo

Sistemas de abastecimento de água apresentam grande potencialidade em se explorar características noturnas, visto a elevada pressão hidráulica encontrada em determinadas regiões. Dessa maneira, estratégias devem ser aplicadas visando à redução de pressão, diminuindo a quantidade de perdas e energia gasta com estes sistemas. A conectividade das cidades, graças a Internet of Things (IoT), permite hoje a realização de um abastecimento de água inteligente, com tomada de decisões e análise de dados. Este artigo investiga o comportamento de um sistema do mundo real pertencente a este contexto. Um controlador Fuzzy Tipo-2 é aplicado a uma válvula redutora de pressão (VRP) objetivando realizar um controle com maior eficiência no período noturno de um setor de abastecimento de água, reduzindo a quantidade de transientes hidráulicos, vazamentos, perdas e energia gasta no sistema. Os resultados indicam que o controlador proposto apresentou resultados satisfatórios nos quesitos mencionados, atendendo aos objetivos desejados.

Introdução

Visto os recursos hídricos serem cada vez mais escassos e importantes para a população (BEZERRA et al., 2010; PEREIRA 2016), agregado a necessidade econômica do país para redução dos gastos com energia elétrica, controlar de forma eficiente sistemas de abastecimento de água têm sido cada vez mais importante, sendo que para cada litro de água perdido, um custo significativo de energia está relacionado (NUÑEZ, 2007). Acompanhar e controlar estes sistemas em tempo real tem sido primordial, o uso de tecnologias para automação da Indústria 4.0 e a utilização de sensores junto a conectividade da IoT, permitem trazer economias significativas e aumento da eficiência com valores consideráveis. Hoje, diferentes conceitos tecnológicos como modelo de controle preditivo não linear (Nonlinear Model Predictive Control- NMPC), Algoritmos Genéticos, Sistemas de Controle Fuzzy Typo-1 e Tipo-2, são utilizados visando agregar inteligência operacional nos serviços básicos dos municípios, como, água, esgoto e energia. Por exemplo, controlador automático para à redução de perdas de água, índice de vazamentos e a modelagem de processos frente a não linearidades (ÂNGULO et al., 2013, BARRETO et al., 2016, CERVANTES; CASTILLO, 2012, MORATORI et al., 2016, PEREIRA, 2016, QUADROS; PINTO, 2013).

Este artigo investiga um problema do mundo real de um setor de abastecimento de água da empresa Concessionária de Serviços Públicos de Água e Esgoto Prolagos S/A. Neste trabalho, um modelo de controle avançado Fuzzy Tipo-2 foi criado objetivando reduzir pressões sem comprometer o abastecimento de água no período noturno. O controlador foi aplicado a uma válvula redutora de pressão, na qual diferente de controles comumente encontrados, olhou variáveis adicionais como a pressão de entrada, visto que se trata de um sistema não linear e controladores com modelos simplificados tendem a ser instáveis e imprecisos em determinados momentos, graças há alterações constantes no modelo matemático da planta e uma sintonia feita previamente, pode não representar a realidade atual do abastecimento de água. Dessa maneira, foi avaliada a eficiência do modelo com base nas variáveis erro, pressão e vazão, ou seja, a precisão do sistema e perturbações presentes no controle.

Autores: Victor Barreto e Yuri Ramirez Medina Klein.