ENERGY SAVINGS IN PUMPING SYSTEMS: APPLICATION OF A FUZZY SYSTEM

Authors

  • Saulo de Tarso Marques Bezerra Centro Acadêmico do Agreste, Universidade Federal de Pernambuco, Rodovia BR 104 km 62, s/n, Pólo Comercial Nova Caruaru, 55002-970, Caruaru, PE. http://orcid.org/0000-0002-5815-5908
  • Simplício Arnaud Silva Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Cidade Universitária, Castelo Branco, João Pessoa, PB.
  • Heber Pimentel Gomes Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Cidade Universitária, Castelo Branco, João Pessoa, PB.
  • Moisés Menezes Salvino Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Cidade Universitária, Castelo Branco, João Pessoa, PB.

DOI:

https://doi.org/10.14393/19834071.2015.22536

Abstract

This paper deals with the impact of variable speed drives on the power requirements and a system control performance of pumps. The investigation indicates that the adoption of Variable Speed Drives (VSD) reduces pump energy consumption in certain cases, reduces the pressure in the hydraulic networks and improves pump efficiency during most of the partial load conditions. The use of fuzzy system to provide new control functions that are outside the domain of traditional control is sought in this paper, where fuzzy control is likely to provide the greatest payoff. The development and application of a fuzzy control system for a pumping system, operating with variable rotational speed are presented to demonstrate the energy savings provided by the adoption of the PWM frequency inverter in an experimental system. The control system is responsible for maintaining the manometric height of the pump at an optimal value, eliminating any excess pressure at the critical point of the water distribution network. The results of the experiments show that the fuzzy systems are efficient and the control of the rotational speed resulted in a reduction of 35% in the consumption of electricity. Keywords: Fuzzy system, Water distribution system, Energy efficiency, Pressure control, Variable frequency drive. RESUMO Este artigo apresenta a influência do uso de inversores de frequência no consumo energético de sistemas de bombeamentos e o desempenho de um sistema de controle para atuar nesses equipamentos. A pesquisa indica que a adoção de inversores reduz o consumo de energia em determinadas aplicações, reduz a pressão nas redes hidráulicas e melhora a eficiência da bomba. O desenvolvimento e aplicação de um sistema de controle Fuzzy para conjuntos motor-bomba operando com velocidade de rotação variável são apresentados para demonstrar a economia de energia resultado da adoção do inversor de frequência PWM em um sistema experimental. O uso deste sistema para condições de operação que estão fora do domínio do controle tradicional é procurado neste trabalho, em que o controle Fuzzy é susceptível de proporcionar maior retorno. O controlador é responsável pela manutenção da altura manométrica da bomba em um valor ótimo, eliminando qualquer excesso de pressão no ponto crítico da rede de distribuição de água. Os resultados das experiências mostraram que o sistema Fuzzy foi eficiente e o controle de velocidade de rotação resultou numa redução de 35% no consumo de eletricidade. Palavras-chaves: Sistema Fuzzy, Sistema de distribuição de água, Eficiência energética, Controle de pressão, Inversor de frequência.

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Author Biographies

Saulo de Tarso Marques Bezerra, Centro Acadêmico do Agreste, Universidade Federal de Pernambuco, Rodovia BR 104 km 62, s/n, Pólo Comercial Nova Caruaru, 55002-970, Caruaru, PE.

Professor do curso de Engenharia Civil e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental (PPGECAM) do Centro Acadêmico do Agreste da Universidade Federal de Pernambuco (CAA/UFPE). Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Paraíba, mestre em Engenharia Civil e Ambiental pela Universidade Federal de Campina Grande e doutor em Engenharia Mecânica, ênfase em Automação, pela Universidade Federal da Paraíba. Atualmente é coordenador do Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos - LAHER e vice-coordenador do Núcleo de Tecnologia do CAA.

Simplício Arnaud Silva, Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Cidade Universitária, Castelo Branco, João Pessoa, PB.

Graduado e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal da Paraíba (Campus II, 1985) e doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal da Paraíba (Campus I, 1998). Professor do Departamento de Engenharia Mecânica, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal da Paraíba.

Heber Pimentel Gomes, Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Cidade Universitária, Castelo Branco, João Pessoa, PB.

Engenheiro Civil e Mestre em Engenharia Civil e Ambiental pela Universidade Federal da Paraíba (Campus II, Campina Grande), Doutor em Ingeniería Civil pela Universidad Politécnica de Madrid (1992). Professor do Departamento de Engenharia Civil, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal da Paraíba. Atualmente é coordenador do Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS).

Moisés Menezes Salvino, Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Cidade Universitária, Castelo Branco, João Pessoa, PB.

Engenheiro Civil, bacharel em Ciências da Computação, Mestre em Engenharia Mecânica e Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal da Paraíba. Atualmente é pesquisador do Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS) da Universidade Federal da Paraíba.

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Published

2015-10-26

Issue

Vol. 24 No. 1 (2015)

Section

Mechanical Engineering