Inteligência artificial cria circuitos de água mais eficientes

Os projetos WaterWatt e LIFE SWSS mostram como através de algoritmos e recorrendo aos métodos da inteligência artificial é possível otimizar processos e mudar a indústria, moldando-a à era da Indústria 4.0. Aplicados aos circuitos da água, permitem criar sistemas mais inteligentes e eficientes.

Na era da 4ª revolução industrial, processos que ocorrem espontaneamente na natureza, como o comportamento das formigas ou dos cardumes, são fonte de inspiração para lidar com sistemas de grande complexidade matemática e encontrar algoritmos e soluções que permitem otimizar processos e mudar a indústria.

Foi um destes métodos que permitiu desenvolver os projetos WaterWatt e LIFE SWSS, criando um sistema mais eficiente em circuitos de água.

Financiado pelo programa Horizonte2020, o projeto europeu WaterWatt (www.waterwatt.eu) é um exemplo da aplicação dos conceitos da indústria 4.0 ao setor industrial. Neste caso, utiliza uma estratégia de gamificação com o objetivo de alterar comportamentos e encorajar técnicos e gestores a implementarem medidas de melhoria de eficiência energética dentro das empresas.

Com esta meta em mente, foi criada uma ferramenta digital inovadora, a E3platform. Esta plataforma disponibiliza conhecimento sobre as melhores práticas em gestão de energia e água, permitindo fazer a autoavaliação, monitorização e otimização de sistemas, e disponibiliza também informação técnica para auxílio e apoio em ações de formação. Exemplos dessas ferramentas são os quizzes interativos, testes online e modelos de simulação de circuito típicos de água industrial.

Simular e testar com o WaterWatt

Inserindo-se no âmbito da 4ª revolução industrial, o projeto WaterWatt contempla simulações numéricas que permitem dimensionar, projetar, otimizar e prever eventos num sistema. Nos circuitos de água, dá a possibilidade de testar eventos na rede analisando previamente a pressão, os caudais, possíveis fugas e cumplicidade hidráulica.

Os modelos disponibilizados permitem, por exemplo, simular e dimensionar circuitos de água através de uma analogia plug and play. O utilizador projeta o seu circuito, selecionando os componentes típicos destes sistemas, e corre simulações que permitem obter os respetivos caudais e consumos.  

É precisamente no desenvolvimento dos modelos de simulação que o projeto WaterWatt conta com o apoio do ISQ, neste caso direcionados para sistemas de água de arrefecimento, tratamento e transporte de matéria-prima. Estes sistemas são calibrados com dados medidos a partir de pilotos de grandes consumidores de água, nomeadamente, indústria de papel, indústria alimentar e indústria de aço, entre outras. Desta forma, o utilizador pode simular o seu próprio circuito e identificar oportunidades de melhoria de consumos de água e energia.

O projeto LIFE SWSS

Mas este não é caso único a adotar a lógica da Indústria 4.0, que abrange já muitos outros setores, como o setor de serviços e o de abastecimento de água, no projeto LIFE SWSS (Smart Water Supply Systems) (life-swss.eu/en).

O LIFE SWSS visa criar uma plataforma digital inovadora de gestão e suporte à decisão para os operadores, com o objetivo de tornar a operação da rede de abastecimento de água mais eficiente, diminuindo o consumo de energia, emissões de gases de efeito de estufa e perdas de água.

A abordagem incluiu uma fase de diagnóstico e avaliação dos grupos de bombagem, criação de um modelo de simulação da rede de abastecimento de água, modelo de previsão de consumo de água, e otimização do sistema de bombagem.

O operador da rede de água terá, assim, indicações sobre quando devem funcionar os grupos de bombagem, garantindo uma operação mais eficiente e, ao mesmo tempo, cumprindo as exigências hidráulicas do sistema. Entre estas exigências incluem-se a existência de água disponível nos reservatórios e a necessidade de água das populações.

A inteligência artificial na indústria 4.0

O projeto LIFE SWSS conta também com uma componente de inteligência artificial, uma área importante no âmbito da indústria 4.0, para prever eventos. Neste caso em específico, trata-se de prever os consumos de água na rede de abastecimento a partir da análise de uma grande quantidade de dados (de eventos passados, por exemplo, do consumo de água da rede nos últimos dias, meses, anos). Com base nesses dados tenta-se determinar padrões cíclicos ou, pelo menos, encontrar pistas de próximos eventos iminentes. Por exemplo, quando irá existir um maior consumo de água, ou falta de água, qual o caudal num dado instante futuro num determinado local da rede de água.

Entre os métodos mais conhecidos, utilizados na área da inteligência artificial, encontram-se a classificação, a regressão e as redes neuronais. Neste último caso, “imitando” a forma como o ser humano pensa, trata-se de uma montagem mais complexa que é estruturada de uma forma semelhante à dos neurónios no nosso cérebro para transmitir informação.

O que são as meta-heurísticas?

As meta-heurísticas são um conjunto de algoritmos que têm vindo a ser bastante utilizados para otimizar processos complexos e desafiantes de descrever analiticamente, tal como nos projetos mencionados anteriormente. Alguns dos métodos que utiliza são reconhecidos pela comunidade em geral pela sua semelhança com alguns processos que ocorrem espontaneamente na natureza. É o caso dos algoritmos genéticos, mas também do algoritmo da colónia de formigas ou do algoritmo de enxames ou cardumes.

O algoritmo genético replica a forma elitista da evolução das espécies de Darwin, o algoritmo da colónia de formigas reflete a forma como as formigas exploram o seu percurso até encontrar o melhor caminho e o algoritmo de enxames ou cardumes, imita a forma como um grupo de indivíduos trabalha em conjunto para encontrar um caminho, alimento, ou fugir a um acontecimento indesejado.

 

Por: João Ribau, Investigador  Sustainable Innovation Centre e Muriel Iten, Investigadora Sustainable Innovation Centre do Grupo ISQ em Tecnologia & Qualidade | Janeiro – Junho – 2018

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