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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de
agua y análisis de su impacto
David J. Vicente djvicente@cimne.upc.edu
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice
2
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice 1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Gestión de presiones (GP) Métodos de GP
4
Elementos reguladores de presión
Disipación de energía
Aporte de energía
Almacenamiento de energía
Válvulas reguladoras de presión (VRPs)
Válvulas de cierre (función reguladora)
Máquinas de turbinación
Bombas de impulsión
Depósitos o tanques hidráulicos
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Gestión de presiones (GP) Gestión de presiones
5
Pa.arriba
Pcrítica Pmedia
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Gestión de presiones (GP) Gestión de presiones
6
Pa.arriba
Pcrítica Pa.abajo
∆P
Pmedia
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Gestión de presiones (GP) Gestión de presiones
7
Pa.arriba Pcrítica Pa.abajo
∆P
Pmedia
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Gestión de presiones (GP) Gestión de presiones
8
Pa.arriba Pcrítica Pa.abajo
∆P
Pmedia
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Objetivos Propuesta metodológica para el diseño de planes de GP
Propuesta metodológica para la evaluación del impacto de planes GP
Creación un Sistema de Ayuda a la Toma de Decisiones
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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Objetivos Propuesta metodológica para el diseño de planes de GP – Determinar los factores más influyentes a la hora de diseñar un plan de gestión de presiones y establecer una metodología para seleccionar técnica de regulación más adecuada.
– Propuesta conceptual para el diseño de consignas de regulación óptimas
Propuesta metodológica para la evaluación del impacto de planes GP
Creación un Sistema de Ayuda a la Toma de Decisiones
10
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Objetivos Propuesta metodológica para el diseño de planes de GP
Propuesta metodológica para la evaluación del impacto de planes GP – Analizar las fuentes de incertidumbre utilizando métodos basados en Caudal Mínimo Nocturno
– Proponer métodos que mejoren la evaluación del impacto de GP en relación a reducción de fugas.
Creación un Sistema de Ayuda a la Toma de Decisiones
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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Objetivos Propuesta metodológica para el diseño de planes de GP
Propuesta metodológica para la evaluación del impacto de planes GP
Creación un Sistema de Ayuda a la Toma de Decisiones
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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice 1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Estado del arte Recopilación de más de 270 documentos
14
P.R L I.T A.C E0
10
20
30
40
50
60
70Tipos de fuentes de información
Nº F
uent
es
67 (41.4%)
19 (11.7%)21 (13%)
45 (27.8%)
10 (6.17%)
Tipos de fuentes según naturaleza
P.R L-M I.T A E
12% 13%
28%
6%
41% Tipos de fuentes • PR: Proyectos reales
• L-M: libros/manuales
• IT: informes técnicos
• A: artículos invest.
• E: expertos
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Factores influyentes en la GP
4 factores fundamentales: – Sectorización – Dispositivos y técnicas de control – Relación de fugas con presión – Simulación hidráulica mediante modelos numéricos
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Sectorización
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Instrumentación y técnicas de control
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Pilotos automáticos • Salida fija • Doble consigna (tiempo) • Doble consigna (caudal) • Modulacón basada en caudal
Controladores electrónicos • Programación temporal • Modulación basada en caudal • Modulación basada en presión en punto remoto
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Relación entre presión fugas y consumos
18
01/04/12 08/040
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1Relación entre Caudal, Presión y Fugas
Cau
dal (
m3 /s)
70
72
74
76
78
80
82
Pres
ión
(mca
)
CaudalFugasPresión
Caudal Mínimo Consumo Mínimo
Fugas de fondo
Fugas debido a roturas
Consumo
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Modelación numérica
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Pressure-driven model
�𝐴𝐴11 𝐴𝐴12𝐴𝐴21 𝐴𝐴22
� �𝑄𝑄𝐻𝐻� = �−𝐴𝐴0𝐻𝐻0𝑞𝑞 �
Demand-driven model
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice 1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Esquema metodológico global
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DISEÑO IMPACTO
Selección tipo regulación
Diseño consigna
Métodos de análisis (CMN)
Objeto
Método
Casos estudio
Enfoque holístico: MEC
Métodos precisos análisis de incertid.
Proyectos reales ‘global’
Factores más influyentes
Entorno simulación y algoritmos
Modelos numéricos: benchmark y reales
Métodos para definir consignas óptimas
Enfoque holístico + aplicación ‘ad-hoc’
Sectores reales: red de Madrid
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
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Índice 1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
Método: análisis enfoque holístico
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Proyectos GP: Reales
Consulta expertos: ámbito global-local
Vicente, D.J., Garrote. L., Sánchez, R. Santillán, D. (2015) Pressure management in water distribution s systems : Current status , proposals and future trends, J. Water Resour. Plann. Manage. 142(2), 04015061.
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
Tabla resumen: recomendaciones
24
Consumos Carácter. sector Otros aspectos
Patrón consumos Otros escenarios
Pérdida de carga
Nº entr. Objetivos Restr.
Var. Diaria Estacional.
Uniform
e Sí
(Estab
le)
Sí (N
o es
table)
No
Sí (Estab
le)
Sí (N
o es
table)
Varia
ción e
sp.
Depe
nd. p
res.
Caud
al em
erg.
Nula
o ba
ja
Med
ia
Elev
ada
Una e
ntrada
Va
rias en
trad.
Dism
inuir fug
a Se
rvicio
usua
r. Au
men
tar fac
t. Ec
onóm
icos
Té
cnicos
-com
.
Pilotos
automáticos
Salida fija
Control temporal
Modulac. caudal
Controlado
r elec
trónico
Prog. temporal
Modulac. caudal
Mod. pto.remoto
Técnicas de regulación
Factores más relevantes
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice 1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción
fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
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Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Herramientas: entorno de simulación
26
Pressure-driven model
�𝐴𝐴11 𝐴𝐴12𝐴𝐴21 𝐴𝐴22
� �𝑄𝑄𝐻𝐻� = �−𝐴𝐴0𝐻𝐻0𝑞𝑞 �
Formulación consumos (Vicente et al. 2017; Giustolisi et al. 2012)
(Giustolisi et al. 2008)
Formulación fugas (Germanopoulos 1989)
Entorno de análisis hidráulico integramente (Matlab)
VRP
Pressure [m]-10
0
10
20
30
40
50
60
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Casos de estudio
27
DMA1
DMA2
ky2
esp1
• Modelos esquemáticos ‘C-Town’ (BBLAWN),benchmark (Berardi y Giustolisi, 2016)
• Modelos de redes reales
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Establecer PVRP Todos los nodos Pi > Pmin Módulo de convergencia
28
0 20 40 60 80 100 12020
40
60
80
100PRESIÓN EN NODOS
Nodo #
Pre
sión
[m
ca]
Presión
Q = Q1
J 102
Diseño curva óptima: algoritmo 1. Definir problema 2. Curva óptima
Problema rígido
Problema flexible
Pcrit.
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Establecer PVRP Todos los nodos Pi > Pmin Módulo de convergencia
29
0 20 40 60 80 100 12020
40
60
80
100PRESIÓN EN NODOS
Nodo #
Pre
sión
[m
ca]
Presión
0 20 40 60 80 100 12020
40
60
80
100PRESIÓN EN NODOS
Nodo #
Pre
sión
[m
ca]
Presión
Q = Q2
J 128
Diseño curva óptima: algoritmo 1. Definir problema 2. Curva óptima
Problema rígido
Problema flexible
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Curva ‘caudal entrante y presión en cabecera’
30
VRP
Nodo – J128
Nodo – J34
Nodo – J102 0.05 0.1 0.15 0.2
20
40
60
80
100
120
140
Caudal entrante (m3/s)
Pres
ión
(mca
)
Presión cabeceraPresión mediaPresión mínima
J34 J102 J128 J128
Diseño curva óptima: algoritmo 1. Definir problema 2. Curva óptima
Problema rígido
Problema flexible
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1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Flexibilizar el problema, permitiendo que algunos puntos reciban menor presión que la Pmin
31
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
50
100
Pre
sión
[m
ca]
Presión
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
50
100
N d #
Pre
sión
[m
ca]
Presión
Pres
ión
Exceso de presión
Exceso de presión
Diseño curva óptima: algoritmo 1. Definir problema 2. Curva óptima
Problema rígido
Problema flexible
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Establecer PVRP introduciendo indicador Optimización basada en simulación de casos
32
0 Pmin Pmax 1.5*Pmax 2*Pmax0
1
2
3
4
20 40 60 80 100 120 1400.5
1
1.5
2
2.5
3
Presión consigna (mca)
Indi
cado
r ni
vel d
e se
rvic
io (
-)
IndicadorValor máximo
20 40 60 80 100 120 1400
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Presión consigna (mca)
Indi
cado
r ni
vel d
e se
rvic
io (
-)
IndicadorValor máximo
20 40 60 80 100 120 1400
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Presión consigna (mca)
Indi
cado
r ni
vel d
e se
rvic
io (
-)
IndicadorValor máximo
Q = Q1
Q = Q2
Q = Q3
Diseño curva óptima: algoritmo 1. Definir problema 2. Curva óptima
Problema rígido
Problema flexible
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice
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1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Expresión práctica, sencilla, pero simplificada. Gran variedad de criterios: heterogeneidad. Ambos aspectos llevan a introducir una gran incertidumbre en el cálculo.
34
𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭(𝒕𝒕) = 𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭(𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪) �𝑷𝑷𝑪𝑪𝑴𝑴𝑴𝑴(𝒕𝒕)
𝑷𝑷𝑪𝑪𝑴𝑴𝑴𝑴(𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪)�𝑪𝑪𝑵𝑵
Propuesta conceptual global, y particular para cada paso del método de CMN
Métodos Caudal Mínimo Nocturno (CMN)
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Paso 1 - CMN referencia (antes-desp a GP)
Criterios: – Rango horario (Fijo o variable) – Ancho de ventana (múltiplos 7 días) – Lapso temporal estacional (Sí/No) – Ajuste series (Sí/No) Paso2. Freales
35
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
1 Sin lapso – sin ajuste Sin lapso – con ajuste Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
11/12/11 18/12
0
2
4
6
8
x 10-3
caud
al (
m3/
s)
caudalGP
CMN antes
CMN después
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Paso 2 - Fugas reales durante CMN
36
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
1 Sin lapso – sin ajuste Sin lapso – con ajuste Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
𝑸𝑸 = 𝑪𝑪𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝒖𝒖. + 𝑭𝑭𝒖𝒖𝑴𝑴𝑭𝑭𝒓𝒓𝑴𝑴𝑭𝑭 + 𝑭𝑭𝑭𝑭𝒂𝒂𝑭𝑭𝒖𝒖.
Criterios: – Monitorización de consumos en usuarios en tiempo real.
– Ecuaciones empíricas o parámetros: Desagregación de componentes de
consumo relación con la presión Ajuste series: eliminar comp. largo plazo
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Determinar Pmed mediante métodos distribuidos o locales.
Calcular, tanto durante CMN como para el resto de horas
37
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
1 Sin lapso – sin ajuste Sin lapso – con ajuste Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico(distribuido) Topográfico (distribuido) Medición directa (local) Pérdida de carga (local) Matriz sensibililid. (local)
4 Valores empíricos Método inverso
VRP
PPc
Paso 3 - Presión Media
VRP
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Paso 4 – Exponente N1
38
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
1 Sin lapso – sin ajuste Sin lapso – con ajuste Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Área de fuga variable
Área de fuga fija
𝑪𝑪𝑭𝑭𝑭𝑭𝑴𝑴𝑭𝑭𝒓𝒓𝒇𝒇𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭 = 𝑪𝑪𝑫𝑫𝑨𝑨�𝟐𝟐𝑭𝑭𝟐𝟐
Ecuación de Torricelli (orificio fijo)
Modelos FAVAD (orificio variable) 𝑭𝑭 = 𝜷𝜷 ∙ 𝑷𝑷𝜶𝜶
𝜶𝜶 → [𝟎𝟎.𝟓𝟓 − 𝑵𝑵.𝟓𝟓]
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Resumen de métodos: esquema global
39
Presión Variables disponibles
Métodos distribuidos
o locales
Caudal
Hora mínimo caudal
Consumo durante CMN
Parámetros de consumo
Consumo
Estimación pérdidas
aparentes (Fap)
CMN(Q)
Presión durante CMN
Pérdidas reales durante CMN
Freal = Q–C–Fap
Estimación Pérdidas reales a lo largo del día:
𝑭𝑭(𝒕𝒕) = 𝑭𝑭𝒖𝒖,𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 �𝑷𝑷(𝒕𝒕) 𝑷𝑷𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪
�𝑪𝑪𝑵𝑵
Estimación exponenente relación Presión/Caudal
fugado (N1)
Presión media (Pmed)
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Caso de aplicación: sectores reales
40
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Aplicación a caso de estudio
41
Variables disponibles
Métodos distribuidos
o locales
Caudal
Hora mínimo caudal
Consumo durante CMN
Parámetros de consumo
Consumo
Estimación pérdidas
aparentes (Fap)
CMN(Q)
Presión durante CMN
Pérdidas reales durante CMN
Freal = Q–C–Fap
Estimación Pérdidas reales a lo largo del día:
𝑭𝑭(𝒕𝒕) = 𝑭𝑭𝒖𝒖,𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪 �𝑷𝑷(𝒕𝒕) 𝑷𝑷𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪𝑪
�𝑪𝑪𝑵𝑵
Pcab. Pcrit.
Métodos CMN •Con/Sin lapso •Con/Sin ajuste
FUGAS REALES DURANTE CMN
Con/Sin ajuste
Mét. topográfico Mét. Pérdida carga
Coeficiente N1 Basado en datos empíricos:
Rango [0.5 1.5]
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
42
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
Oct Nov Dec Jan/13 Feb0
0.02
0.04
caud
al m
3 /s
40
60
80
pres
ión
agua
s ab
ajo
(mca
)
caudal (m3/s)presión aguas abajo (mca)
1 1. Sin lapso – sin ajuste 2. Sin lapso – con ajuste 3. Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Métodos CMN– Cálculo CMN ref.
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
43
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
2011 2012 20130
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
caud
al m
3 /s
30
40
50
60
70
80
pres
ión
agua
s ab
ajo
(mca
)
caudal (m3/s)presión aguas abajo (mca)
1 1. Sin lapso – sin ajuste 2. Sin lapso – con ajuste 3. Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Métodos CMN– Cálculo CMN ref.
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN – Ajuste de series
44
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
Am
plit
ud
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
m3 /
s
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN– Cálculo CMN ref.
Análisis y ajuste de series: – Patrón diario (Et-d) – Variabilidad anual del patrón
diario (Êt-d) – Estacionalidad anual (Et-a) – Tendencia (Tt) – Componente aleatoria (εt)
45
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
1 1. Sin lapso – sin ajuste 2. Sin lapso – con ajuste 3. Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Q(CMN) = Et-d + Êt-d + Et-a + Tt + εt Eliminación de componentes
de largo plazo
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
46
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
2012 20130
0.01
0.02
0.03
0.04
caud
al m
3 /s
40
60
80
100
120
pres
ión
agua
s ab
ajo
(mca
)
caudal (m3/s)presión aguas abajo (mca)
1 1. Sin lapso – sin ajuste 2. Sin lapso – con ajuste 3. Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Caso de estudio real – Cálculo CMN ref.
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN – Presión media
47
1. CMN 3. Pmed 4. Exp. N1 2. Freales
1 Sin lapso – sin ajuste Sin lapso – con ajuste Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Selección de método topográfico o de pérdida de carga en función de: – Disponibilidad de presión en punto
crítico.
– Existencia o no de ley de pérdida de cargas.
– Posición de punto de control para evaluar la presión crítica.
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Campaña monitorización de ptos. críticos
48
Instrumentación
• Sensores de presión 0-100 mca
• Registradores de datos Modelos LM y LMQ (Microcom)
• Antenas transmisión
• Elementos auxiliares Manómetro analógico Fontanería Seguridad
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Campaña monitorización de ptos. críticos
49
Configuración software
• Canales de señal entrada Unidades, transducción, escala
• Almacenamiento Frecuencia muestreo (5-minutal) nº registros, batería
• Transmisión de datos GPRS Frecuencia envío (diaria), config. servidor, cobertura
• Descarga local de datos
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN – Presión media
50
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035-5
0
5
10
15
Caudal (m3/s)
Pca
bece
ra-P
crít
ica
(mca
)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
Caudal (m3/s)
Pca
bece
ra-P
crít
ica
(mca
)
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN – Presión media
51
0 0.05 0.1 0.15-5
0
5
10
15
Caudal (m3/s)
Pca
bece
ra-P
crít
ica
(mca
)
0 0.05 0.1 0.15-4
-2
0
2
4
6
8
Caudal (m3/s)
Pér
dida
de
carg
a (m
ca)
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN – Presión media
52
ID Acometida: ‘233567’
icabecera iPcrit iPmed
0 0.05 0.1 0.15-4
-2
0
2
4
6
8
Caudal (m3/s)
Pér
dida
de
carg
a (m
ca)
0 0.05 0.1 0.15-4
-2
0
2
4
6
8
Caudal (m3/s)
Pér
dida
de
carg
a (m
ca)
iPcrit iPmed
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN – Presión media
53
1 Sin lapso – sin ajuste Sin lapso – con ajuste Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Cálculo Pmedia por tramos horarios
0 5 10 15 20 2550
60
70
80
90
100
Pre
sión
(mca
)
P orig.P ajust.
0 5 10 15 20 2560
80
100
120
140
Pre
sión
(mca
)
P orig.P ajust.
0 5 10 15 20 2545
50
55
60
65
70
75
Pres
ión
(mca
)
P orig.P ajust.
0 5 10 15 20 2530
40
50
60
70
Pres
ión
(mca
)
P orig.P ajust.
Antes Después
Topográfico
Pérdida carga
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
Métodos CMN – Exponente N1
54
1. CMN 2. Freales 3. Pmed 4. Exp. N1
1 Sin lapso – sin ajuste Sin lapso – con ajuste Con lapso – sin ajuste
2 Toma datos tiempo real Expresiones literatura Campaña ‘ad-hoc’
3
Hidráulico Topográfico Medición directa Pérdida de carga Matriz sensibilidad
4 Valores empíricos Método inverso
Área de fuga variable
Área de fuga fija
𝑪𝑪𝑭𝑭𝑭𝑭𝑴𝑴𝑭𝑭𝒓𝒓𝒇𝒇𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭𝑭 = 𝑪𝑪𝑫𝑫𝑨𝑨�𝟐𝟐𝑭𝑭𝟐𝟐
Ecuación de Torricelli (orificio fijo)
Modelos FAVAD (orificio variable) 𝑭𝑭 = 𝜷𝜷 ∙ 𝑷𝑷𝜶𝜶
𝜶𝜶 → [𝟎𝟎.𝟓𝟓 − 𝑵𝑵.𝟓𝟓]
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
55
1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
56
Módulos de herramienta
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
57
Módulos de herramienta
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
58
Módulos de herramienta
VRP
Pressure [m]
0
20
40
60
80
100
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
59
Módulos de herramienta
0 20 40 60 80 100 1200
0.5
1
1.5
Nodo #
Caudal [l/s]
Consumo Real de UsuariosFugas
0 20 40 60 80 100 1200
0.5
1
1.5
Nodo #
Caudal [l/s]
Consumo Real de UsuariosFugas
INSTANTE: t=1:00
INSTANTE: t=7:00
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
60
1. Introducción y objetivos 2. Estado del arte 3. Esquema metodológico global 4. Selección de técnica de regulación 5. Diseño de consignas óptimas de regulación 6. Metodología impacto de GP: reducción fugas 7. Herramienta de ayuda a la decisión 8. Conclusiones y trabajo futuro
Índice
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
61
Selección técnicas de regulación – Metodología de análisis cualitativo basada en enfoque holístico efectiva para este tipo de análisis (globales y con muchos factores)
– Se han identificado una serie de factores como los más relevantes en diseño de plan GP
– Ninguna técnicas de regulación es la más adecuada para todos los tipos de sectores Aplicar la tabla de recomendaciones
Conclusiones
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
62
Diseño de consignas óptimas – Los modelos de tipo ‘pressure-driven’ presentan resultados más realistas que la formulación clásica ‘demand-driven’, y por tanto más adecuados para el análisis de maniobras de GP
– El método ‘rígido’ debe ser aplicado considerando los diferentes ‘puntos críticos’.
– El método ‘flexible’ es un método que puede ser beneficioso en escenarios con diferencias de presión entre puntos interiores: orografía, pérdida de carga significativa, etc.
Conclusiones
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
63
Método de CMN: conceptual – Se trata de un método práctico pero puede introducir una gran incertidumbre en el cálculo
– Propuestas originales para mejorar el método: Cálculo de CMN y ajuste de funciones con descomposición en series temporales Estimación más precisa de Fugas Reales
Métodos para calcular presión media: pérdida de carga entre punto.
Conclusiones
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
64
Método de CMN: aplicación – Muchos sectores han sido descartados a lo largo del proceso de cálculo por falta de datos o hipótesis no aplicables.
– En paralelo al diseño de un plan de GP, conviene diseñar plan para evaluar impacto: decidir instante de inicio de maniobras, monitorización de consumos, instalación de sensor en punto representativo de presión media,
– Para una mejor aplicabilidad del método de pérdida de carga, instalar sensor de presión en punto más alejado (mayor pérdida de carga), en lugar de punto crítico
Conclusiones
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
65
Tabla selección técnica de regulación: recomendaciones guía metodológica.
Entorno de simulación de análisis hidráulico, incorporando módulos de gestión de presiones avanzadas.
Algoritmo para definir curvas de consigna óptimas
Propuestas conceptuales para mejorar la precisión; distintas fases de método de CMN
Software de ayuda a la toma de decisiones
Aportes originales
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
66
Establecer indicadores cuantitativos para la selección de la mejor técnica de regulación.
Introducir evaluación económica en la fase de diseño, tanto para la selección de la técnica como para la definición de consigna. – Coste dispositivos, instalación y mantenimiento. – Beneficio económico de agua ahorra por reducción de fugas.
– Perjuicio por reducción de agua consumida.
Trabajo y líneas futuras
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
67
Seguir explorando las posibilidades del método ‘flexible’ para definir curvas de consigna óptimas
Introducir otros elementos de regulación en conjunción con la regulación mediante VRPs: bombas, depósitos de cola, etc.
Trabajo y líneas futuras
Diseño de maniobras de gestión de presiones en sectores de distribución de agua y análisis de su impacto
1. Introducción | 2. Estado del arte | 3. Metodología | 4. Selección técnicas | 5. Diseño consigna | 6. Método CMN | 7. Herramienta DSS | 8. Conclusiones y trabajo futuro
68
Publicaciones / Congresos 1. Vicente, D.J., Garrote. L., Sánchez, R. Salazar, F. (2017) Sistema de ayuda a la
decisión. V Jornadas de Ingeniería del Agua, La Coruña, Octubre 2017
2. Vicente, D.J., Garrote. L., Sánchez, R. Salazar, F. (2017) A DSS to estimate the benefits of pressure management in background leakage reduction of water distribution systems. 9th Eastern European YWP – International Water Association, Budapest, Hungría, Mayo 2017.
3. Vicente, D.J., Garrote. L., Sánchez, R. Santillán, D. (2015) Pressure management in water distribution s systems : Current status , proposals and future trends, J. Water Resour. Plann. Manage. 142(2), 04015061.
4. Vicente, D.J., (2014) Comparación de diferentes métodos de determinación de la presión media en sistemas de distribución de agua, para la estimación de caudal fugado. VIII Seminario Líneas Prioritarias Red de Laboratorios de Hidráulica de España, Madrid, Julio 2014
5. Vicente, D.J., Sánchez, E.H., Sánchez, R., Garrote. L., Martínez, A. (2011) Hacia el diseño óptimo de un plan de Gestión de Presiones en redes de distribución de agua urbana . II Jornadas de Ingeniera del Agua, Barcelona, Octubre 2011
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