Contributions to the design of pumping stations in water distribution networks considering technical, economic and environmental aspects
- Autores: Christian Xavier Briceño León
- Directores de la Tesis: Francisco Javier Martínez Solano (dir. tes.), Pedro Luis Iglesias Rey (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Petra Amparo López Jiménez (presid.), Stefano Alvisi (secret.), Jorge García Morillo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería del Agua y Medioambiental por la Universitat Politècnica de València
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RiuNet
- Resumen
El consumo energético de una estación de bombeo (EB) representa el mayor consumo de energía de un sistema de de distribución de agua. Adicionalmente, otros problemas como el cambio climático, el estrés hídrico y emisión de gases de efecto invernadero conducen a la necesidad de optimizar este tipo de instalaciones, tanto en su diseño como en su operación.
La presente tesis doctoral consta de tres etapas de desarrollo. La primera etapa desarrolla una metodología de optimización de la operación de EB. La segunda etapa desarrolla un método de diseño de estaciones de bombeo considerando aspectos técnicos y económicos basados en el método AHP (Analytic Hierarchy Process, del Ingles). Finalmente, la tercera etapa es una mejora de la segunda añadiendo aspectos ambientales y consideración de variabilidad de la demanda.
Una de las principales contribuciones es el desarrollo de una metodología para la optimización del funcionamiento de una EB. Esta metodología se basa en el uso de la curva de consigna y una operación combinando bombas de velocidad fija (BVF) y bombas de velocidad variable (BVV). El objetivo de este método es determinar el número óptimo de BVF y BVV en para cualquier caudal minimizando el consumo energético total de la EB. Esta metodología corrige la eficiencia de BVV determinada por las leyes de semejanza e incluye una formulación matemática de la eficiencia del variador de frecuencia. El diseño convencional de EB se basa la minimización del coste del ciclo de vida (CCV); suma de costes de inversión, operación y mantenimiento. La segunda etapa de la tesis, desarrolla un método integral de diseño de EB considerando aspectos técnicos y económicos aplicando el método AHP. La metodología propuesta consta de tres fases. La primera fase está relacionada la definición de los datos requeridos de la EB y permite definir los modelos factibles para la red. La segunda fase está relacionada con la definición de las posibles soluciones y su evaluación con los criterios técnicos y económicos. La tercera fase está relacionada con el cálculo del frente de Pareto del conjunto de soluciones obtenidas y la aplicación del método AHP.
La metodología desarrollada en la segunda etapa de la tesis presenta cuatro limitaciones. La primera es no considerar los criterios medioambientales en el diseño de la EB. La segunda es no considerar la optimización del funcionamiento de una EB definido en la primera etapa. LA tercera está relacionada con la escala utilizada en el método AHP. La cuarta es la consideración de un único patrón de consumo en la estación de bombeo. Por ello, en la tercera etapa de la tesis se desarrolla una nueva propuesta de metodología de diseño de EB que pretende solventar estos problemas. Este nuevo método considera criterios medioambientales como el MEI, las emisiones de efecto invernadero o la eficiencia del método de regulación en la EB. El método incluye también una propuesta de modificación de la escala tradicional de valoración clásica del AHP.
Las metodologías propuestas se han validado de forma comparativa con dos redes de distribución de agua (redes CAT y TF). Sobre ambas redes se compararon tanto los diferentes métodos propuestos como su comparativa con un planteamiento clásico del problema de diseño de una EB. En resumen, el la tesis recoge una metodología estandarizada para el diseño de cualquier tipo de EB (para agua potable, para riego etc.) considerando la configuración de bombeo más adecuada, haciendo uso de una variabilidad de la demanda, y considerando diferentes tipos de criterios (técnicos, económicos y ambientales) a través de un análisis multi criterio de toma de decisiones.
