Desarrollo de una Herramienta Digital para la Optimización de Redes de Alcantarillado
Development of a Digital Tool for Sewer Network Optimization
Barra lateral del artículo
PDF
FLIP
Términos de la licencia (VER)
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Declaración del copyright
Los autores ceden en exclusiva a la Universidad EIA, con facultad de cesión a terceros, todos los derechos de explotación que deriven de los trabajos que sean aceptados para su publicación en la Revista EIA, así como en cualquier producto derivados de la misma y, en particular, los de reproducción, distribución, comunicación pública (incluida la puesta a disposición interactiva) y transformación (incluidas la adaptación, la modificación y, en su caso, la traducción), para todas las modalidades de explotación (a título enunciativo y no limitativo: en formato papel, electrónico, on-line, soporte informático o audiovisual, así como en cualquier otro formato, incluso con finalidad promocional o publicitaria y/o para la realización de productos derivados), para un ámbito territorial mundial y para toda la duración legal de los derechos prevista en el vigente texto difundido de la Ley de Propiedad Intelectual. Esta cesión la realizarán los autores sin derecho a ningún tipo de remuneración o indemnización.
La autorización conferida a la Revista EIA estará vigente a partir de la fecha en que se incluye en el volumen y número respectivo en el Sistema Open Journal Systems de la Revista EIA, así como en las diferentes bases e índices de datos en que se encuentra indexada la publicación.
Todos los contenidos de la Revista EIA, están publicados bajo la Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-NoDerivativa 4.0 Internacional
Licencia
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-NoDerivativa 4.0 Internacional
Contenido principal del artículo
Resumen
La creciente demanda de infraestructuras eficientes para el drenaje de aguas residuales y pluviales debido al acelerado aumento de la población mundial ha generado desafíos significativos en términos de costos y eficiencia para los diseñadores y empresas constructoras. En respuesta a esta necesidad, este estudio presenta el desarrollo y la validación de una herramienta digital innovadora destinada a optimizar el diseño de redes de alcantarillado, reduciendo al mínimo los costos de construcción y operación. La herramienta, implementada en Python y utilizando algoritmos genéticos combinados con programación heurística (GA-HP), está diseñada para cumplir con las normativas colombianas actuales. Su funcionamiento se divide en dos etapas: inicialmente, el Algoritmo Genético identifica los diámetros óptimos de las tuberías y la convergencia de la función de costos; posteriormente, la Programación Heurística ajusta las pendientes y calcula las características hidráulicas junto con las restricciones por norma de la red. Los ensayos realizados en un escenario hipotético mostraron una notable disminución en los costos totales de construcción y operación, alcanzando un costo de $276.954,01 USD, significativamente inferior al del modelo original ($411.096,90 USD), teniendo en cuenta que este valor es con las restricciones adicionales para su comparación equitativa. La herramienta desarrollada es práctica y accesible para los diseñadores hidráulicos, demostrando ser capaz de encontrar soluciones costo-efectivas incluso en condiciones exigentes.
Descargas
Detalles del artículo
Citaciones
Referencias (VER)
Afshar, H. Z. (2002). An improved storm water network design model in spreadsheet template. International Journal of Engineering and Science.
Afshar, M. H. (2006a). Application of a genetic algorithm to storm sewer network optimization. Scientia Iranica, 13(3), 234–244.
Afshar, M. H. (2006b). Improving the efficiency of ant algorithms using adaptive refinement: Application to storm water network design. Advances in Water Resources, 29(9), 1371–1382. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2005.10.013
Afshar, M. H. (2008). Rebirthing particle swarm optimization algorithm: application to storm water network design. Canadian Journal of Civil Engineering, 35(10), 1120–1127. https://doi.org/10.1139/L08-056
Afshar, M. H. (2011). Rebirthing genetic algorithm for storm sewer network design. Scientia Iranica, 19(1), 11–19. https://doi.org/10.1016/j.scient.2011.12.005
Afshar, M. H.; Shahidi, M.; Rohani, M.; Sargolzaei, M. (2011). Application of cellular automata to sewer network optimi-zation problems. Scientia Iranica, 18(3 A), 304–312. https://doi.org/10.1016/j.scient.2011.05.037
Afshar, M. H.; Zaheri, M. M.; Kim, J. H. (2016). Improving the efficiency of cellular automata for sewer network design optimization problems using adaptive refinement. Procedia Engineering, 154, 1439–1447. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.517
Bizier, P.; Water Environment Federation (WEF); American Society of Civil Engineers (ASCE). (2007). Gravity sanitary sewer design and construction (WPCF Manual Practice No. FD-5). American Society of Civil Engineers.
Diogo, A.; Walters, G.; Sousa, E.; Graveto, V. (2000). Three-dimensional optimization of urban drainage systems. Compu-ter-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 15, 409–426. https://doi.org/10.1111/0885-9507.00204
Elimam, A. A.; Charalambous, C.; Ghobrial, F. H. (1989). Optimum design of large sewer networks. Seattle University, 115(6), 1171–1190.
Gutiérrez, D.; Tapia Córdoba, A.; Rodríguez del Nozal, Á. (2020). Algoritmos genéticos con Python: Un enfoque práctico para resolver problemas de ingeniería. Marcombo.
Hassan, W. H.; Jassem, M. H.; Mohammed, S. S. (2017). A GA-HP model for the optimal design of sewer networks. Water Resources Management, 32(3), 865–879. https://doi.org/10.1007/s11269-017-1843-y
Li, G.; Matthew, R. (1990). New approach for optimization of urban drainage systems. Journal of Environmental Engi-neering-ASCE, 116. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(1990)116:5(927)
López Cualla, R. A. (1995). Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Escuela Colombiana de Ingeniería.
Mays, L. W.; Wenzel, H. G. (1976). Optimal design of multilevel branching sewer systems. Water Resources Research, 12(5), 913–917. https://doi.org/10.1029/WR012i005p00913
Miles, S. W.; Heaney, J. P. (1988). Better than “optimal” method for designing drainage systems. Journal of Water Re-sources Planning and Management, 114(5), 477–499. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1988)114:5(477)
Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio. (2016). Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Bá-sico-RAS Título D: Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y aguas lluvias. República de Colombia. http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/TITULO_D.pdf
Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio. (2017). Resolución 0330 de 2017. República de Colombia. http://www.minvivienda.gov.co/ResolucionesAgua/0330%20-%202017.pdf
Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio. (2021). Resolución 0799 de 2021. República de Colombia. https://www.minvivienda.gov.co/sites/default/files/documentos/resolucion-799-de-2021.pdf
Price, R. K. (1978). Design of storm water sewers for minimum construction cost. En Proc. 1st Int. Conf. on Urban Storm Drainage, Southampton, UK, 636–647.
Walters, G. A.; Templeman, A. B. (1979). Non-optimal dynamic programming algorithms in the design of minimum cost drainage systems. Engineering Optimization, 4(3), 139–148. https://doi.org/10.1080/03052157908902416