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Title in Portuguese: Estudo da influência do operador cruzamento na calibração do fator de atrito em rede de distribuição de água utilizando o método do transiente inverso acoplado à técnica de algoritmo genético
Title: Study of the influence of the crossing operator on the calibration of the friction factor in a water distribution network using the inverse transient method coupled to the genetic algorithm technique
Author: Pinto, Átila Alves
Advisor(s): Araújo, John Kenedy de
Keywords: Recursos hídricos
Calibração
Transitórios hidráulicos
Algoritmo genético
Friction factor
Inverse transient
Crossover operator
Issue Date: 22-Nov-2019
Citation: PINTO, A. A. Estudo da influência do operador cruzamento na calibração do fator de atrito em rede de distribuição de água utilizando o método do transiente inverso acoplado à técnica de algoritmo genético. 2019. 123 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Recursos Hídricos, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Os modelos matemáticos de otimização e simulação hidráulica têm sido desenvolvidos com elevados investimentos por parte do interesse das concessionárias de água, visando à realização de uma operação eficiente dos seus sistemas de abastecimento. Caso o modelo apresente discrepâncias significativas entre os dados medidos e os modelados, a necessidade de calibração se torna fundamental. Técnicas de otimização juntamente a simuladores hidráulicos têm sido utilizadas para estimar valores de parâmetros hidráulicos desconhecidos de uma rede, dentre essas podem ser destacadas os Algoritmos Genéticos, baseados na teoria biológica da evolução. Investigou-se analisar a influência do operador cruzamento, utilizando a técnica de otimização do Algoritmo Genético em conjunto com o Método do Transiente Inverso, visando à calibração dos fatores de atritos de uma rede de distribuição de água hipotética. A pesquisa consiste em calcular as cargas hidráulicas permanentes e transientes dos nós da rede de distribuição de água, baseado no Método das Características e avaliar o desempenho das soluções ótimas das funções objetivos para os seguintes tipos de cruzamentos: aritmético, média, BLX-α e heurístico. O transiente hidráulico foi ocasionado por uma variação da demanda no nó monitorado (4) que teve uma duração de 30 s, em intervalos de tempo de 0,3 s. O número de gerações foi considerado como critério de parada do algoritmo genético empregado. Utilizou-se códigos-fontes, baseados nos algoritmos genéticos, para calibrar os valores ótimos das cargas hidráulicas no nó monitorado, sendo que a eficiência da calibração é medida pelo Erro Relativo, Erro Médio Relativo e percentual de significância por meio da função objetivo para o menor erro relativo. Os resultados mostraram que os cruzamentos aritmético e média foram apontados como os mais eficientes na calibração dos fatores de atrito; já para a estimativa das cargas hidráulicas permanentes e transientes, os cruzamentos BLX-α e heurístico se destacaram como os mais efetivos. Portanto, verificou-se que não há uma convergência de respostas para um único tipo de cruzamento. Com base nas análises, concluiu-se que os indicadores ER e EMR nem sempre levam aos melhores resultados nas estimativas dos fatores de atrito e cargas hidráulicas, visto que muitas vezes o EMR pode ser consideravelmente baixo, porém há percentuais elevados de ERs envolvidos. Por isso, se torna necessário também verificar o percentual de significância, por meio da função objetivo para o menor ER, na qual se quantifica o número de gerações em que o ER é mínimo.
Abstract: Mathematical models for hydraulic optimization and simulation have been developed, with high investments from the interest of water companies, aiming at the efficient operation of their water supply systems. Ifthere are significant discrepancies between measured and modeled datamodel, calibration becomes critical. Optimization techniques with hydraulic simulators have been used to estimate values for unknown hydraulic parameters of a network, for example Genetic Algorithms, based on the biological theory of evolution, canbepointedout.The influence of the crossoveroperatorwas investigated, using the Genetic Algorithm optimization technique with the Inverse Transient Method, aiming the calibration of the friction factors of a hypothetical water distribution network. The research consists of calculating the transient and permanent hydraulic headsof the water network nodes, based on the Characteristics Method and evaluating the performance of the optimal solutions of the objective functions for the followingtypes of crossovers: arithmetic, mean, BLX-α and heuristic.The hydraulic transient was caused by a variation of the demand in monitored node (4), which lasted 30 seconds, in time intervals of 0,3seconds.The number of generations will be considered as the stopping criteriaof the genetic algorithm employed.Source codes, based on genetic algorithms, were developed to identify optimal hydraulic load values on the monitored node,and the calibration efficiency is measured by Error Relative, Mean ErrorRelativeand significance percentage by the objective function to the lowest relativeerror. The results showed that the arithmetic and mean crossoverswere pointed as the most efficient in identifying the friction factors; for the estimation of permanent and transient hydraulic loads, the BLX-α and heuristic crossoversstood out as the most effective. Therefore, it was found that there is no convergence of responses for a single type of crossover. Based on the analysisperformed, it was concluded that the REand MERindicators do notalways lead to the best results in the estimation of friction factors and hydraulic loads, as often the MERcan be considerably low, but there are high percentages of REs involved. Therefore, it is also necessary to verify the percentage of significance throughof the objective function for the smallest RE, that quantifiesthe number of generations in which the RE is minimal.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/48226
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DEHA - Dissertações defendidas na UFC

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