Redes de distribuição de água constituem a maior parcela dos investimentos dos sistemas de abastecimento e o seu dimensionamento possui estreita ligação com a qualidade dos serviços. Neste contexto, este estudo pretende implementar e analisar modelos de otimização que reduzam custos de implantação de redes de água e avaliem os resultados sob uma abordagem de confiabilidade de sistemas. O modelo de otimização implementado é baseado na relaxação de equações que descrevem o comportamento hidráulico das redes e no uso de técnicas de programação linear e programação inteira associadas, com o objetivo de alcançar o ótimo global do problema de minimização de custo. O modelo original é adaptado para casos particulares de expansão e reforço de redes de água e um procedimento baseado na programação não linear para determinar dados iniciais necessários é proposto. O modelo de análise da confiabilidade utiliza um modelo hidráulico nodal para promover simulações da rede em situações de rompimentos de trechos. O desempenho do sistema e a probabilidade de ocorrência de falhas são associados a índices que quantificam a confiabilidade da rede de água. Aplicações reais são conduzidas nas redes de água de João Pessoa/PB, Apucarana/PR e Paranoá/DF, que apresentam características particulares de projeto, para avaliar o desempenho dos modelos e confrontar seus resultados com outras metodologias. Essas aplicações permitiram o teste e a avaliação dos modelos sob diversos aspectos e situações reais. O estudo demonstrou que o modelo de otimização implementado possui grande potencial de aplicação a problemas reais de dimensionamento de redes e pode contribuir para significativa redução dos custos de implantação. O modelo de análise da confiabilidade mostrou eficiência na previsão do comportamento do sistema sob situações críticas. O uso conjunto de técnicas de otimização e conceitos de confiabilidade pode auxiliar na fase de projeto de redes, visando o planejamento a longo prazo focado na redução de custos e manutenção da qualidade dos serviços.
Water distribution nets constitute the major part of the supply systems investments and their design have close relation to the quality of services. In this context this study intends to implement and analyze optimization models that reduce water nets implantation costs and evaluate the results under a systems reliability approach. The implemented optimization model is based on the relaxation of the equations that describe the network hydraulic behavior and on the use of associated linear programming and integer programming techniques with the objective of reaching the global optimum of the cost minimization problem. Then original model is adapted to particular cases of expansion and reinforcing of water nets and a procedure based on the nonlinear programming to determinate necessary initial data is proposed. The reliability analysis model utilizes a nodal hydraulic model to promote net simulations on situations of pipe bursts. The system performance and the occurrence probability of fails are associated to indices that quantify the water net reliability. Real Applications are conducted in the water nets of João Pessoa/PB, Apucarana/PR and Paranoá/DF that present particular design characteristics to evaluate the performances of the models e to confront their results with others methodologies. These applications allowed the test and evaluation of the models under several aspects and real situations. The study demonstrated that the implemented optimization model has great potential of application to real water nets design problems and may contribute to significant reduction of the implantation costs. The reliability analysis model showed efficiency in the prevision of the system behavior under critical situations. The combined use of the optimization techniques and reliability concepts may help at the water net design phase objecting long term planning focused on the costs reduction and quality of services.