Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Aplicação da rede neural mapas auto-organizáveis e algoritmo genético NSGA - II à setorização de rede de distribuição de água
Autor(es): LARA, Lorena Lemos Dias
Primeiro Orientador: SILVA, Fernando das Graças Braga da
Resumo: A água é um recurso essencial à vida, mas grande parte dela é desperdiçada nas redes de distribuição urbana. No Brasil, as perdas atingem cerca de 40%, sendo 60% deste valor atribuídos a vazamentos. O controle dessas perdas é crucial e representa um desafio complexo, que exige soluções inovadoras e ferramentas avançadas. Ainda assim, muito é desenvolvido de maneira heurística. Neste contexto, este trabalho propõe um método para a setorização de redes de distribuição de água, que foi aplicado à rede benchmark Balerma. O método foi estruturado em duas fases: agrupamento, com o uso de mapas auto-organizáveis (SOM), e otimização, utilizando o algoritmo genético NSGA – II. Na fase de agrupamento, o SOM identificou os setores ou Distritos de Medição e Controle (DMCs), apresentando erros de quantização e topográfico de 0,0819 e 0,0700, respectivamente, evidenciando um bom ajuste da rede neural. Na fase de otimização, a locação de válvulas de isolamento e dispositivos de medição resultou em uma redução de 4,55% na pressão média original e em 1,21% na estimativa de perdas da rede original. Simulações adicionais a uma pressão mínima de serviço de 10 mca, atingiram redução de 21,60% da pressão média da rede e na estimativa de 46,47% de perdas (menos 6,02 p.p. em relação às perdas médias originais). A abordagem proposta se demonstrou promissora, combinando técnicas computacionais robustas com baixo esforço computacional e oferecendo uma solução viável para o controle de perdas em sistemas de distribuição de água, mesmo tendo sido aplicada a um modelo de rede naturalmente desafiador devido a sua topografia e às suas características de serviço.
Abstract: Water is an essential resource for life, yet a significant portion is wasted in urban distribution networks. In Brazil, water losses reach approximately 40%, with 60% of these attributed to physical losses, such as leaks. Controlling these losses is crucial and represents a complex challenge that demands innovative solutions and advanced tools. Nevertheless, many strategies are still developed heuristically. In this context, this study proposes a method for the sectorization of water distribution networks, applied to the benchmark Balerma network. The method is structured in two phases: clustering, using self-organizing maps (SOM), and optimization, leveraging the NSGA – II genetic algorithm. In the clustering phase, the SOM identified the sectors or District Metering Areas (DMAs), achieving quantization and topographic errors of 0.0819 and 0.0700, respectively, which indicate a well-trained neural network. In the optimization phase, the placement of isolation valves and flow measurement devices led to a 4.55% reduction in the original average pressure and a 1.21% decrease in the estimated network losses. Additional simulations, considering a minimum service pressure of 10 meters, achieved a 21.60% reduction in the network's average pressure and an estimated 46.47% reduction in water losses (6.02 percentage points less than the original average losses). The proposed approach proved to be promising, combining robust computational techniques with low computational effort and offering a feasible solution for loss control in water distribution systems. Despite being applied to a naturally challenging network model, due to its topography and service characteristics, the method demonstrated significant potential for improving network performance.
Palavras-chave: Perdas de água
Redes de abastecimento de água
Distritos de medição e controle
MiniSom
Pymoo
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITÁRIA::RECURSOS HÍDRICOS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IRN - Instituto de Recursos Naturais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Citação: LARA, Lorena Lemos Dias. Aplicação da rede neural mapas auto-organizáveis e algoritmo genético NSGA - II à setorização de rede de distribuição de água. 2025. 128 f. Dissertação (Mestrado em Meio Ambiente e Recursos Hídricos) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4232
Data do documento: 17-Fev-2025
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