Desenvolvimento e validação de um sistema de telemetria manométrica para sistemas de abastecimento de água

Abstract

Atualmente existe um elevado desperdício de água ao longo das condutas dos Sistemas de Abastecimento de Água (SAA), resultando num enorme prejuízo para as entidades gestoras. Entre diversos fatores, essas perdas devem-se, em parte, à falta de monitorização e controlo da pressão devido aos elevados custos e necessidade de obra civil. Desse modo, nesta dissertação é apresentada uma solução que visa monitorizar as condutas dos SAA e, consequentemente, diminuir as elevadas perdas de água. Esta solução consiste num sistema de telemetria para SAA, sendo este capaz de recolher dados em tempo real relativos à pressão em diversos pontos da conduta. A sua medição é realizada utilizando elementos já existentes em grande abundância ao longo da conduta, de modo a maximizar a sua aplicabilidade e permitir que a introdução dos módulos seja efetuada sem recurso a obra civil. Os dados recolhidos foram enviados via wireless para um servidor, sendo estes armazenados numa base de dados e, posteriormente, visualizados através de um dashboard representativo do funcionamento do sistema. Assim, os módulos foram desenvolvidos para serem aplicados em ventosas, nos sistemas em alta, e em hidrantes, nos sistemas em baixa. No decorrer deste projeto, a sua aplicação foi testada nos sistemas em baixa. Os módulos são compostos por três sistemas: alimentação, medição de pressão e processamento e comunicação. Para os sistemas de alimentação e de medição foram utilizados componentes adquiridos previamente pela empresa Scubic e validados num projeto anterior. Quanto ao sistema de processamento e comunicação, foi utilizado um micro-controlador, onde é efetuado o processamento do sinal proveniente do transdutor, e um módulo de comunicação. Este último permite que seja efetuado o envio dos dados para a nuvem, recorrendo à tecnologia IoT (Internet of Things). Depois de desenvolvido o sistema de processamento e comunicação foram efetuados diversos testes de ligação e envio de dados para o servidor, permitindo a validação da tecnologia escolhida. Paralelamente, foi desenvolvido um dashboard que permitisse a visualização dos dados recolhidos pelo módulo. Para isso, os dados foram enviados para um servidor, armazenados numa base de dados e exibidos graficamente no dashboard. Por fim, foram efetuados testes em laboratório e testes em contexto real com a finalidade de validar o funcionamento global do sistema. Os testes em contexto real consistiram na aplicação dos módulos numa rede, tendo sido necessário escolher o local de aplicação para a validação do dispositivo. Concluiu-se que o sistema é robusto e capaz de cumprir todos os objetivos propostos. Contudo, poderia ser benéfica a utilização de outros componentes, nomeadamente o micro-controlador, optando por uma solução mais low-cost e de dimensão reduzida.

During the year, there is significant water waste within the Water Supply Systems (WSS), resulting in a substantial loss for the water utilities. These losses are due to the lack of monitoring and control of pressure, primarily because of the high costs and the need for civil engineering work. Thus, this dissertation presents a solution aimed at monitoring the WSS pipelines and consequently reducing substantial water losses. This solution consists of a telemetry system for WSS, without the need for civil engineering work, capable of collecting real-time data related to pressure at various points in the pipeline. The collected data is wirelessly transmitted to a server, stored in a database, and subsequently visualized through a dashboard representing the system’s operation. Measurement is performed using existing elements abundantly present along the pipeline to maximize its applicability and allow for module installation without civil engineering work. Therefore, the modules were designed to be applied to valves in high-pressure systems and hydrants in low-pressure systems. During this project, the application of the modules was tested in low-pressure systems. The modules consist of three systems: the power supply system, the pressure measurement system, and the processing and communication system. Components previously acquired by the Scubic company and validated in a previous project were used for the power supply and measurement systems. As for the processing and communication system, a microcontroller was used to process the signal from the transducer, along with a communication module. The latter allows data to be sent to the cloud using Internet of Things technology. After developing the processing and communication system, various connection and data transmission tests were performed to validate the chosen technology. In parallel, a dashboard was developed to visualize the data collected by the module. For this purpose, the data was sent to a server, stored in a database, and displayed graphically on the dashboard. Finally, laboratory tests and real-world tests were conducted to validate the overall system operation. Real-world tests involved applying the modules to a network, requiring the selection of a location for device validation. It was concluded that the system is robust and capable of achieving all the proposed objectives. However, the use of other components, particularly the microcontroller, to opt for a more low-cost and compact solution could be beneficial.