Diseño óptimo de sistemas de riego a presión y su eficiencia hidroenergética. Aplicación al caso de Loja - Ecuador

Abstract

[ES] La optimización permite encontrar la mejor solución a un problema, en términos de calidad, coste, fiabilidad o cualquier otro criterio de utilidad; varios autores han propuesto métodos para que el diseño de redes presurizadas para abastecimiento o riego cumplan eficientemente las prestaciones de servicio y operación; considerando el factor económico como una variable decisiva en la resolución de este tipo de problemas. En la presente investigación se plantea abordar esta tarea, para lo cual se propone una metodología sistemática, que combina dos técnicas de optimización a través de los ¿métodos híbridos¿, en donde se fusionan la programación lineal, programación no lineal y algoritmos genéticos. La formulación global del problema de dimensionado óptimo consistirá en minimizar la función objetivo, configurada por los costes asociados a las tuberías; con el único propósito de emprender la resolución de los problemas de gestión de las redes de riego presurizadas. La investigación que se plantea incluye los siguientes objetivos: Desarrollar una metodología para la optimización de turnos de riego en redes abiertas presurizadas. Implementar un modelo de control de la red (sistema de adquisición de datos), en donde se realizará el monitoreo de variables decisivas en la gestión de la red, para lo cual se instalará una estación de ensayo de emisores: goteros, microaspersores y aspersores. Evaluar los resultados del diseño óptimo resultante con otros métodos existentes. Con esta finalidad se ha desarrollado una secuencia, que permita optimizar los turnos de riego en redes ramificadas a presión, a través de obtener la combinación de hidrantes óptima para cada turno que se encuentre asignado en los nudos de la red; que cumpla con el criterio económico - óptimo, y la consiguiente distribución del recurso hídrico en forma homogénea, cumpliendo con la garantía de suministro deseada, funcionando en forma eficiente, y buscando el equilibrio energético según el requerimiento de los nudos demandantes. Este proceso se ha aplicado a redes de riego existentes en el entorno, que han sido modeladas para verificar el beneficio de utilizarla metodología propuesta en lo que se refiere a prestaciones de servicio: caudal en líneas, presiones en nudos y velocidades del flujo.

[EN] The optimization allows to find the best solution to a problem, in terms of quality, cost, reliability or any other criterion of utility, several authors have proposed methods for network design to supply or pressurized irrigation efficiently meet performance and operation Whereas the economic factor as a variable in the resolution of these problems. In the present investigation was intended to address this task, for which we propose a systematic methodology, which combines two optimization techniques through "hybrid methods" where merging linear programming, non linear programming and genetic algorithms. The overall formulation of the problem of optimal sizing consists of minimizing the objective function, set by the costs associated with the pipes for the sole purpose of undertaking the resolution of the problems of management of pressurized irrigation networks. The research arises includes the following objectives: Develop a methodology for optimizing shifts pressurized irrigation in open networks. Implement a model of network control (data acquisition system), where they will monitor critical variables in the management of the network, which will install a test station issuers: emitters, micro sprinklers and sprinklers . Evaluate the resulting optimal design results with other existing methods. For this purpose a sequence has been developed, which allows to optimize the irrigation shifts in pressure branched networks through hydrant obtain the optimum combination for each turn that is assigned to the nodes of the network that meets the criterion economic - optimal, and the resulting distribution of water resources in a homogeneous, fulfilling the desired supply security, operating efficiently, and seeking energy balance according to the requirement of applicants knots. This process has been applied to existing irrigation networks in the environment, which have been shaped to verify the benefit of using the methodology proposed in regard to service features: flow in lines knots pressures and flow velocities

[CA] L'optimització permet trobar la millor solució a un problema, en termes de qualitat, cost, fiabilitat o qualsevol altre criteri d'utilitat; diversos autors han proposat mètodes perquè el disseny de xarxes pressuritzades per a abastiment o reg complisquen eficientment les prestacions de servici i operació; considerant el factor econòmic com una variable decisiva en la resolución d'este tipus de problemes. En la present investigació es planteja abordar esta tasca, per a la qual cosa es proposa una metodología sistemàtica, que combina dos tècniques d'optimització a través dels 'métodos híbridos', on es fusionen la programació lineal, programació no lineal i algoritmes genètics. La formulació global del problema de dimensionat òptim consistirà a minimitzar la funció objectiu, configurada pels costos associats a les canonades, amb l'únic propòsit d'emprendre la resolución dels problemes de gestió de les xarxes de reg pressuritzades. La investigació que es planteja inclou els següents objectius: Desenrotllar una metodologia per a l'optimització de torns de reg en xarxes obertes pressuritzades. Implementar un model de control de la xarxa (sistema d'adquisició de dades) ,on es realitzarà el monitoreo de variables decisives en la gestió de la xarxa, per a la qual cosa s'instal·larà una estació d'assaigd' emissors: goters, microaspersores i aspersores. Avaluar els resultants del disseny òptim resultant amb altres mètodes existents. Amb esta finalitat s'ha desenrotllat una seqüència, que permeta optimitzar els torns de reg en xarxes ramificades a pressió, a través d'obtindre la combinació de hidrants òptima per a cada torn que es trobe assignat en els nucs de la xarxa; que complisca amb el criteri econòmic - òptim, i la consegüent distribució del recurs hídric en forma homogènia, complint amb la garantia de subministrament desitjada, funcionant en forma eficient, i buscant l'equilibri energètic segons el requeriment dels nucs demandants. Este procés s'ha aplicat a xarxes de reg existents en l'entorn, que han sigut modelades per a verificar el benefici d'utilitzar la metodología proposada pel que fa a prestacions de servici: cabal en línies, pressions en nucs i velocitats del flux.