Calibración de modelo de cloro mediante algoritmos genéticos en red de agua potable de Guanajuato
DOI:
https://doi.org/10.24850/j-tyca-15-02-06Palabras clave:
cloro libre residual, decaimiento del cloro, EPANET, MATLAB, Toolkit de EpanetResumen
La concentración de cloro como desinfectante suministrado a la red de distribución de agua decae con el paso del tiempo debido a su interacción con microorganismos, metales y otras sustancias presentes en el agua. Los programas de computadora, como Epanet, se utilizan para simular el comportamiento hidráulico y la calidad del agua en las redes de distribución; con su ayuda se pueden representar modificaciones físicas y operativas en un modelo numérico para conocer el nuevo comportamiento sin comprometer la calidad del servicio. La calibración del modelo de cloro como desinfectante consiste en tomar como referencia la concentración en varios puntos de la red y ajustar los coeficientes de decaimiento en el modelo hasta lograr que las concentraciones simuladas coincidan con las medidas. En el presente artículo se muestra la automatización de este proceso haciendo uso de la técnica heurística algoritmos genéticos y la Toolkit de EPANET con MATLAB (2016). El proceso de calibración se realiza en un sector de la red de distribución de la ciudad de Guanajuato, obteniendo una correlación de 0.816 con un error promedio absoluto de 0.08 mg/l entre las concentraciones modeladas y medidas; y que como resultado permitirá conocer la concentración del cloro en diversos puntos de la red, asegurándose de brindar un servicio de calidad durante el abastecimiento.
Citas
Angeloudis, A., Stoesser, T., & Falconer, R. A. (2014). Predicting the disinfection efficiency range in chlorine contact tanks through a CFD-based approach. Water Research, 60, 118-129. DOI: 10.1016/j.watres.2014.04.037
Alcocer-Yamanaka, V., Tzatchkov, V., & Cortés, F. (2004). Modelos de calidad del agua en redes de distribución. Ingeniería Hidráulica en México, 19(2), 77-88. Recuperado de https://www.revistatyca.org.mx/index.php/tyca/article/view/1001
AWWA, American Water Works Association. (2017). Computer modeling of water distribution systems. AWWA Engineering Computer Applications Committee. Recuperado de https://www.awwa.org/Portals/0/files/publications/documents/M32LookInside.pdf
Baños-Caballero, D. (2016). Modelado y simulación de la calidad de agua en una red de abastecimiento municipal: implementación y validación en el municipio de Alcantarilla (trabajo fin de máster), Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena, Colombia. Recuperado de http://hdl.handle.net/10317/5731
Beasley, D., Bull, D. R., & Martin, R. R. (1993). An overview of genetic algorithms: Part 1, fundamentals. University Computing, 15(2), 56-69. Recuperado de https://orca.cardiff.ac.uk/64436/1/ga_overview1.pdf
Conagua, Comisión Nacional del Agua. (2016). Modelación hidráulica y de calidad del agua en redes de distribución. En: Manual de agua potable, alcantarillado y saneamiento. México, DF, México: Comisión Nacional del Agua. Recuperado de https://www.gob.mx/conagua/documentos/biblioteca-digital-de-mapas
Díaz-Arévalo, J. L., Izquierdo-Sebastián, J., López-Jiménez, P. A., & Pérez-García, R. (2004). Métodos de análisis de datos. En: Díaz-Arévalo, J. L., Izquierdo-Sebastián, J., López-Jiménez, P. A., & Pérez- García, R. Métodos de análisis inteligente de datos (pp. 1-70). Valencia, España: Grupo Multidisciplinar de Modelación de Fluidos, Universidad Politécnica de Valencia.
Díaz-Duque, O. R. (2015). Calibración de modelos de calidad del agua en redes de distribución (Master's thesis), Universidad de los Andes, Colombia. Recuperado de https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstream/handle/1992/13382/u722222.pdf?sequence=1
Eliades, D. G., Kyriakou, M., Vrachimis, S., & Polycarpou, M. M. (November, 2016). EPANET-MATLAB Toolkit: An open-source software for interfacing EPANET with MATLAB. Procedures of the 14th International Conference on Computing and Control for the Water Industry (CCWI), 8. DOI: 10.5281/zenodo.831493
Elshorbagy, W. E., Abu-Qdais, H., & Elsheamy, M. K. (2000). Simulation of THM species in water distribution systems. Water Research, 34(13), 3431-3439.
Fisher, I., Kastl, G., & Sathasivan, A. (2012). A suitable model of combined effects of temperature and initial condition on chlorine bulk decay in water distribution systems. Water Research, 46(10), 3293-3303. DOI: 10.1016/j.watres.2012.03.017
García-Ávila, F., Sánchez-Alvarracín, C., Cadme-Galabay, M., Conchado-Martínez, J., García-Mera, G., & Zhindón-Arévalo, C. (2020). Relationship between chlorine decay and temperature in the drinking water. MethodsX, 7, 101002. DOI: 10.1016/j.mex.2020.101002
Geng, B., Fan, J., Shi, M., Zhang, S., & Li, J. (2022). Control of maximum water age based on total chlorine decay in secondary water supply system. Chemosphere, 287, 132198. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.132198
Gestal, M., Rivero, D., Rabuñal, J. R., Dorado, J., & Pazos, A. (2010). Introducción a los algoritmos genéticos y la programación genética. La Coruña, España: Universidade da Coruña.
Goldberg, D. E. (2002). The design of innovation: Lessons from and for competent genetic algorithms. Berlin, Germany: Springer Science & Business Media.
Hernández-Cervantes, D. (2015). Algoritmos genéticos para la ubicación óptima de estaciones de reinyección de cloro en redes de abastecimiento de agua potable (tesis de licenciatura), Universidad de Guanajuato, Guanajuato, México.
Hernández-Cervantes, D., Mora-Rodríguez, J., Delgado-Galván, X., Ortiz-Medel, J., & Jiménez-Magaña, M. R. (2016). Optimal use of chlorine in water distribution networks based on specific locations of booster chlorination: Analyzing conditions in Mexico. Water Science and Technology: Water Supply, 16(2), 493-505. DOI: 10.2166/ws.2015.161
Hernández-Cervantes, D. (2021). Desarrollo de modelo de mezcla en cruceros de redes de agua potable y su aplicación en EPANET (tesis doctoral), Universidad de Guanajuato, Guanajuato, México.
Holland, J. (1975). Adaptation in natural and artificial systems. Ann Arbor, USA: University of Michigan Press. Republished by the MIT Press, 1992. Recuperado de https://www.proquest.com/openview/c78067a39019fb29daf134cf5dfbb2d6/1?pq-origsite=gscholar&cbl=30748
Hua, P., Gao, Q., Wang, Z., Jiang, S., De Oliveira, K. R. F., & Macedo, D. O. (2021). Modeling and elucidation the effects of iron deposits on chlorine decay and trihalomethane formation in drinking water distribution system. Water Research, 207, 117804. DOI: 10.1016/j.watres.2021.117804
Hua, P., Vasyukova, E., & Uhl, W. (2015). A variable reaction rate model for chlorine decay in drinking water due to the reaction with dissolved organic matter. Water Research, 75, 109-122. DOI: 10.1016/j.watres.2015.01.037
MATLAB. (2016). Version 9.0.1 (R2016a). Natick, USA: The MathWorks Inc.
Minaee, R., Afsharina, M., Moghaddam, A., Ebrahimi, A., Askarishahi, M., & Mokhtari, M. (2019). Calibration of water quality model for distribution networks using genetic algorithm, particle swarm optimitation, and hybrid methods. MethodsX, 6, 540-548. DOI: 10.1016/j.mex.2019.03.008
Monteiro, L., Figueiredo, D., Dias, S., Freitas, R., Covas, D., Menaia, J., & Coelho, S. (2014). Modeling of chlorine decay in drinking water supply systems using EPANET MSX. Procedia Engineering, 70, 1192-1200. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.02.132
Munavalli, G., Kumar, M., & Kulkarni, M. (2009). Wall decay of chlorine in water distribution system. Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, 58(5), 316-326. DOI: 10.2166/aqua.2009.048
NOM-127-SSA1-1994. (1994). Salud ambiental. Agua para uso y consumo humano. Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. México, DF, México: Diario Oficial de la Federación. Recuperado de https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/110534/NOM_127_SSA1_1994.pdf
Nouiri, I. (2017). Optimal design and management of chlorination in drinking water networks: A multi-objective approach using genetic algorithms and the Pareto optimality concept. Applied Water Science, 7(7), 3527-3538. DOI: 10.1007/s13201-017-0620-7
Nouiri, I., & Lebdi, F. (2006). Algorithme génétique (AG) pour le choix optimal des stations d’appoint de chlore sur les réseaux d’eau potable. Revue des sciences de l'eau/Journal of Water Science, 19(1), 47-55. DOI: 10.7202/012596ar
Ozdemir, O. N., & Erkan-Ucaner, M. (2005). Success of booster chlorination for water supply networks with genetic algorithms. Journal of Hydraulic Research, 43(3), 267-275. DOI: 10.1080/00221680509500121
Pineda-Sandoval, J. (2020). Validación del modelo de optimización de cloro en redes de agua potable (tesis de maestría), Universidad de Guanajuato, Guanajuato, México.
Rossman, L. A. (2001). EPANET 2: Manual de usuario. Cincinnati, USA: US Enviromental Protection Agency. Recuperado de https://epanet22.readthedocs.io/_/downloads/en/latest/pdf/
Saldarriaga, J., Hernández, X. M., Prieto, C., Jurado, M., Gacharná, S., & Páez, D. (2014). Localización de puntos de monitoreo de calidad de agua en sistemas de distribución. Tecnología y ciencias del agua, 5(2), 39-53. Recuperado de https://www.revistatyca.org.mx/index.php/tyca/article/view/463
Servicio Geológico Mexicano. (Diciembre, 2018). Panorama minero del estado de Guanajuato. Recuperado de http://www.sgm.gob.mx/pdfs/GUANAJUATO.pdf
Tzatchkov, V., Alcocer-Yamanaka, V., & Cortés, F. (2004). Decaimiento del cloro por reacción con el agua en redes de distribución. Ingeniería Hidráulica en México, 19(1), 41-51. Recuperado de https://revistatyca.org.mx/index.php/tyca/article/view/1007
Valdez, E. C. (1994). Abastecimiento de agua potable. México, DF, México: Universidad Nacional Autónoma de México.
Vasconcelos, J., Rossman, L., Grayman, W., Boulos, P., & Clark, R. (1997). Kinetics of chlorine decay. Journal-American Water Works Association, 89(7), 54-65. DOI: 10.1002/j.1551-8833.1997.tb08259.x
Zhang, G. R., Kiene, L., Wable, O., Chan, U. S., & Duguet, J. P. (1992). Modelling of chlorine residual in the water distribution network of Macao. Environmental Technology, 13(10), 937-946.
Zhong, D., Feng, W., Ma, W., Ma, J., Du, X., & Zhou, Z. (2021). A variable parabolic reaction coefficient model for chlorine decay in bulk water. Water Research, 201, 117302. DOI: 10.1016/j.watres.2021.117302
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