Cientistas da UFPB criam sistema que reduz vazamentos no abastecimento de água

Cientistas da Universidade Federal da Paraíba (UFPB) criaram um sistema de controle adaptativo de pressão que reduz vazamentos nos ductos e diminui em até 30% o consumo de energia elétrica nas operações realizadas pelas concessionárias desse tipo de serviço, além de promover aumento da vida útil dos equipamentos e melhor alocação dos recursos, proporcionando economia e mais satisfação aos consumidores.

Por meio de inteligência artificial, o sistema apreende a dinâmica de determinado sistema de abastecimento de água e define a velocidade mais adequada de rotação das bombas que injetam água na tubulação, a fim de manter a distribuição da água com a pressão adequada, definida, por norma legal, em 10,2 metros de coluna de água, independente do horário e de outras variáveis.

“Os atuais sistemas de abastecimento de água são aleatórios e variantes no tempo, considerando os horários de maior ou de menor consumo, condições dos ductos, do motor bomba e dos acessórios, e vazamentos. A aplicação de técnicas clássicas, que consideram o sistema estático, não funciona adequadamente”, explica Thommas Flores, um dos desenvolvedores do sistema.

Segundo o egresso do curso de mestrado do Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da UFPB, a técnica facilita as operações, uma vez que há um aprendizado contínuo por parte do sistema de controle, dispensando que um técnico de uma concessionária se dirija, a cada mudança na rede de abastecimento de água, até o local onde está o sistema de bombeamento, a fim de realizar intervenção para que tudo funcione normalmente.

“Observamos que a pressão constante proporcionada pela aplicação da técnica no sistema de abastecimento de água, independente da condição em que se encontre, reduz a quantidade de água perdida devido aos vazamentos, principalmente nos horários de menor demanda, durante o período da madrugada, devido ao aumento da pressão hidráulica provocado pelo baixo consumo”, explica o cientista da UFPB.

Thommas Flores conta que desconhece empresa no Brasil que aplique técnica de controle semelhante. “Normalmente, nas empresas de abastecimento de água, são encontrados controladores do tipo Proporcionais, Integrais e Derivativos (PID), que necessitam de constantes ajustes para que funcionem corretamente”, compara o desenvolvedor.

O sistema criado pelos cientistas da UFPB foi concebido por meio do uso do software interativo de alta performance voltado para o cálculo numérico Matlab e da linguagem de programação LabView. O mecanismo foi testado, nos últimos dois anos, em um simulador de sistema de abastecimento com duas zonas de consumo com topografias diferentes, no Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento do Centro de Tecnologia da UFPB, no campus I, em João Pessoa. 

“Os resultados obtidos no estudo demonstraram que o uso da entropia cruzada em sistemas de controle adaptativo e de inteligência artificial é mais robusto a variações do tempo. Na teoria da informação, a entropia cruzada se refere à diferença entre duas distribuições de probabilidade sobre o mesmo conjunto de eventos. Somos os primeiros no mundo a aplicar esse conceito em controles adaptativos”, destaca Flores.

Para desenvolver o sistema, foi aplicado o Critério da Máxima Correntropia como alternativa ao Critério do Erro Médio Quadrático no mecanismo e no controle adaptativo. O Critério da Máxima Correntropia trata-se de uma função definida positiva que mede a similaridade linear ou não linear entre duas variáveis aleatórias, que envolve estatística de ordem superior.

Em sua dissertação, sob orientação do Prof. Juan Moises Maurício Villanueva, Thommas Flores argumenta que, em um contexto de escassez dos recursos hídricos concomitantemente às perspectivas de urbanização, é fundamental estabelecer práticas que possibilitem reduzir perdas e aprimorar o sistema de distribuição de água.

Segundo estudo de 2020 do instituto Trata Brasil, 38,3% da água potável e tratada no país é perdida pelo caminho das estações até a casa dos cidadãos. Ou seja, a cada 100 litros, 38 não chegam ao seu destino. Isso significa mais de sete mil piscinas olímpicas, um desperdício com valor que supera os R$ 11 bilhões. 

A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) estima que as indústrias brasileiras consumiram 35,83% da energia elétrica produzida no ano de 2017. As empresas concessionárias de água, que se enquadram nessa categoria, foram responsáveis por 11,3 Terawatt-hora (TWh) nesse mesmo ano. Os motores elétricos são agentes de 90% do consumo elétrico das estações de bombeamento.

Hoje doutorando em Engenharia Elétrica e da Computação, com ênfase em Processamento Inteligente da Informação, na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), além do Thommas Flores, contribuíram para o desenvolvimento do sistema de controle de pressão adaptativo os professores da UFPB Juan Moises Mauricio Villanueva e Heber Pimentel Gomes e o docente da UFRN Sebastian Y. C. Catunda.

Os resultados do estudo foram publicados, recentemente, em periódico de alto impacto do Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), editora suíça de periódicos científicos de acesso aberto.