OPTIMAL CONTROL OF WATER SUPPLY PUMPING SYSTEMS

Resumen tuberías OPTIMAL CONTROL OF WATER SUPPLY PUMPING SYSTEMS RODRI

El presente documento habla sobre los controles que se están implementando en los sistemas de bombeo por parte de las empresas de servicios públicos, dado el incremento en la necesidad de estos. Los requisitos operativos de estos sistemas suelen estar influenciados por las presiones de las comisiones reguladoras y del público en general para mantener los costos de operación al mínimo. Por esta razón se hace uso de un sistema de control óptimo.

Los sistemas de distribución de agua se controlan para satisfacer diversos objetivos, como el rendimiento hidráulico y la eficiencia económica. Las medidas de rendimiento hidráulico incluyen niveles de presión, protección contra incendios, calidad del agua y diversas medidas de fiabilidad del sistema. La eficiencia económica está influenciada por factores tales como los costos generales de operación y mantenimiento, así como los costos de bombeo. Dados los elevados costos que conllevan estos sistemas de bombeo ya sea de agua subterránea o de distribución, las estrategias de control más óptimas para estos se han centrado en minimizar dichos costos operativos. En cuanto a la minimización de los costos de bombeo, el propósito de un sistema de control óptimo es proporcionar al operador la política de operación de menor costo para todas las estaciones de bombeo en el sistema de suministro de agua.

El modelo para evaluar el costo de la operación de las bombas utilizado fue el modelo de balance de masa, y consiste en un sistema de tanque único, el flujo en el sistema es igual a la demanda más la tasa de cambio en el almacenamiento en el tanque. Los requisitos de cabezal de presión para lograr el flujo en el tanque se eliminan, y se supone que hay disponible una combinación de bomba que logra el cambio deseado en el almacenamiento. Estos modelos consisten en relaciones funcionales ponderadas entre el flujo del tanque y la descarga de la estación de bombeo y particularmente, los modelos de balance de masas son más adecuados para los sistemas de suministro regionales en los que el flujo es transportado principalmente por tuberías principales en lugar de por redes de distribución donde la hidráulica está comúnmente dominada por sistemas de tuberías en bucle.  

Como paso intermedio entre un modelo de regresión no lineal y un modelo de red no lineal completo, se pueden utilizar modelos hidráulicos simplificados. En tales casos, el sistema hidráulico de la red puede aproximarse utilizando un modelo de red macroscópica o analizarse utilizando un sistema de ecuaciones hidráulicas linealizadas. Los modelos macroscópicos representan el sistema mediante el uso de un modelo de red altamente esqueletado.

para desarrollar una política óptima de funcionamiento de la bomba deben conocerse las demandas del sistema de red. Dado que el cronograma de demanda diaria real no se conoce de antemano, la política operativa óptima se estima utilizando las demandas previstas de un modelo de previsión de demanda. Las demandas pronosticadas pueden incorporarse al modelo de control óptimo proporcional o distribuido, las demandas del sistema se representan típicamente por un único valor. Este enfoque se utiliza normalmente junto con modelos hidráulicos de equilibrio de masa. Los modelos de demanda proporcional se utilizan normalmente junto con modelos hidráulicos basados en regresión. En tales casos, las relaciones de regresión se derivan de un único patrón de demanda que puede variar proporcionalmente a la demanda total del sistema. Un enfoque de demanda distribuida es aplicable cuando se utiliza un modelo de simulación de red completo.

El componente final del sistema de control óptimo es el modelo de optimización. El modelo de optimización se utiliza para seleccionar los valores de las variables de decisión que minimizan el costo operativo total del sistema y satisfacen las restricciones del sistema necesarias. El costo de operación de un sistema de bombeo se compone típicamente de un cargo por consumo de energía y un cargo por demanda. El cargo por consumo de energía es la parte de la factura de la compañía eléctrica basada en los kilovatios-hora de energía eléctrica consumida durante el período de facturación. El cargo por demanda representa el costo de proporcionar energía excedente y generalmente se basa en el consumo de energía pico que se produce durante un intervalo de tiempo específico. Cuando las cargas de demanda se excluyen de la función objetiva, la función objetiva puede expresarse únicamente en términos de la carga de consumo de energía. En general, las cargas de consumo de energía pueden reducirse disminuyendo la cantidad de agua bombeada, disminuyendo el cabezal total del sistema, aumentando la eficiencia general de la estación de bombeo mediante una selección adecuada de la bomba o utilizando tanques para mantener operaciones uniformes de bomba altamente eficientes.

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