A eficiência energética representa um papel significativo no esforço para asustentabilidade por parte das empresas das águas, uma vez que,mundialmente, 35% dos custos totais com a produção de água (12 mil milhõesde euros) estão a ser gastos em energia. Os principais obstáculos à melhoriada eficiência energética dos sistemas de abastecimento de água estãoessencialmente relacionados com a complexidade dos sistemas e também comos baixos níveis de resiliência a nível operacional.O principal objectivo desta tese é o desenvolvimento de uma metodologiacomputacional automática capaz de: (i) aplicar diferentes técnicas paraoperação optimizada de qualquer rede de água, (ii) procurar por possíveislocalizações para recuperação de energia utilizando turbinas e, posteriormente,seleccionar o tipo de turbina mais adequado.Quatro tópicos fundamentais que representam um papel crucial na melhoria daeficiência energética das redes são abordados: (i) modelação e simulação dasredes, (ii) optimização operacional, (iii) previsão de consumos de água e (iv)aproveitamento de energia utilizando hidroturbinas.Uma abordagem de optimização para lidar simultaneamente com válvulas,bombas de velocidade fixa e bombas de velocidade variável é proposta. Osperíodos de operação de todas as válvulas e bombas, assim como asvelocidades das bombas de velocidade variável são utilizados como variáveisde decisão num problema de optimização de forma a minimizar os custosenergéticos associados à operação de uma rede. O simulador hidráulicoEPANET 2.0 é utilizado para verificar e garantir que as soluções obtidas sãoviáveis. Redes benchmark são testadas com diferentes técnicas deoptimização, incluindo vários algoritmos, tais como Nelder-Mead Simplex,Algoritmos Genéticos (GA), optimização por bando de partículas e evoluçãodiferencial.Propõe-se uma nova formulação para prever a variação de curvas de eficiênciadas bombas com a velocidade e esta é comparada com os poucos métodosexistentes para o efeito, incluindo o utilizado pelo EPANET.Um processo automático para a análise de qualquer rede hidráulica de forma aidentificar locais e seleccionar turbinas para aproveitamento de energia éimplementado e validado com um caso de estudo. Finalmente, modelos para previsão de consumos de água a curto prazo sãodesenvolvidos e testados com dados recolhidos de uma rede de águaPortuguesa. Modelos de previsão tradicionais baseados em modelos dealisamento exponencial e modelos naïve são desenvolvidos utilizando folhas decálculo, enquanto que os modelos baseados em redes neuronais artificiais sãodesenvolvidos no Matlab. Analisa-se ainda o efeito de diferentes variáveis deentrada (incluindo variáveis antrópicas e meteorológicas) nestes últimosmodelos.
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