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Desarrollan sistemas para optimizar redes hidráulicas

“Mejora del diseño y caracterización de elementos hidráulicos mediante técnicas de computación avanzadas, aplicadas a redes de agua” se denomina el proyecto que desarrolla el académico de la Facultad de Ingeniería, Daniel Mora, quien cuenta con financiamiento de un Fondecyt de Iniciación.

La iniciativa —que se encuentra en su primer año de ejecución— contempla la utilización de un software para la optimización y mejora de los sistemas de conducción de agua potable. El proyecto tiene dos partes: una se refiere al estudio de los elementos de la red (válvulas, ventosas, etc.) analizando el comportamiento de fluidos que pasan por diversas estructuras complejas, y que son estudiados a través de técnicas computacionales (CFD) para analizar la mejora o adecuación de determinadas piezas internas, las que influyen en el comportamiento de un sistema.

“A través de ecuaciones de conservación se analiza la interacción que se produce entre fluidos y sólidos, simulando a través de softwares cómo se comportan en la realidad y su interacción con las partes sólidas. Esto ayuda por ejemplo a simular cómo podemos diseñar una válvula más eficientemente o cualquier otro elemento que se requiera para estas redes hidráulicas”, señaló el profesor Mora.

El académico dijo que existen problemas como la “cavitación” en las redes hidráulicas, que desgastan algunas piezas vitales en el sistema. Y son estos algunos de los problemas que se quieren ir solucionando a través de este estudio, mejorando el diseño sin necesidad de construir prototipos para cada modificación geométrica.

La iniciativa también está analizando los fluidos que van por canales. En este caso el investigador observa las alteraciones del movimiento de los fluidos, analizando los lugares en que se produce una aceleración de estos o algún desborde, lo que aportará posteriormente al diseño, mejorado de este tipo de canales, y determinando cambios en los caminos que sigue el agua para evitar los puntos conflictivos de velocidad y presión.

“Estos análisis se pueden aplicar a cualquier tipo de estructura hidráulica, como podría ser un canal de regadío o sistemas más complejos”, indicó Mora.

Optimización de redes

En la segunda parte del proyecto, el profesor utilizará metodologías de optimización basadas en heurísticas, conocidas como algoritmos evolutivos, que le permitirán buscar a través de la matemática la manera más óptima de diseñar redes hidráulicas completas, definiendo el mejor funcionamiento y la operación de una red.

“Actualmente ya tenemos diseñada una herramienta computacional que nos servirá para efectuar los análisis. Además, hemos implementado un sistema de computación paralelo donde procesaremos los cálculos de una forma más rápida, ya que se contienen un alto número de datos”, detalló el académico.

Uno de los aspectos que se definirá es el tamaño que deberían tener las cañerías en una determinada red hidráulica, como por ejemplo la que se usa en las ciudades. O cuál es el mejor régimen de bombeo que se puede utilizar para mover el agua desde un punto a otro.

Para desarrollar estas técnicas, el académico indicó que se adquirió —como parte del proyecto— un ordenador de alta capacidad, denominado servidor de cálculo, y que ya se encuentra instalado en la Facultad de Ingeniería.

Techos verdes

En una de las aristas del proyecto, el científico está realizando —como parte de una tesis de una alumna de Ingeniería en Construcción— el estudio de la viabilidad de utilizar cubiertas verdes en casas de la ciudad de Linares.

La intención es analizar computacionalmente si colocar jardines en los techos de las casas ayudaría a disminuir la cantidad de recurso hídrico que llegaría a los colectores de agua lluvia, lo que permitiría a su vez, disminuir inundaciones en determinados puntos de zonas urbanas.

“Estamos analizando esa viabilidad y esperamos tener los resultados en los próximos meses. Es una metodología bastante nueva que se está evaluando en diversos lugares del mundo. Este tipo de técnicas ayudan a reducir los volúmenes de agua que llegan a los colectores, disminuyendo las inundaciones en puntos críticos de la ciudad y además son atractivos como paisajes”, detalló Mora.

El científico agregó que el análisis pasa por saber el tipo de suelo que se coloca en la cubierta, la vegetación que se debe utilizar, y los costos que esto podría implicar. Con estos datos y otros relacionados, se debe definir el impacto real que este tipo de soluciones puede tener en un determinado espacio.

Avances

Durante el primer año del proyecto, el académico publicó en revistas científicas de alto impacto sus primeros resultados. Para el próximo año está definida la visita del académico Pedro Luis Iglesias de la Universidad de Valencia, España, con quien está trabajando algunos aspectos de la investigación.