El pasado 16 de julio de 2024, Emilio Ruiz Gómez defendió su tesis doctoral titulada “Mejoras en el cálculo eficiente de la estimación de estado hidráulico en grandes redes de abastecimiento de agua" en el Salón de Grados de Ingeniería de Caminos del Edificio Politécnico del Campus de Ciudad Real
Emilio Ruiz Gómez obtuvo la calificación de Sobresaliente cum laude.
Resumen de la tesis
El suministro de agua en cantidad y calidad suficientes ha sido una de las principales preocupaciones para el desarrollo de las sociedades humanas desde la antigüedad. La gestión eficiente de las Redes de Abastecimiento de Agua Potable (RAAP) es necesaria para garantizar un suministro de agua adecuado. Tradicionalmente, la gestión de las RAAPs ha sido mayoritariamente empírica, ya que las mismas han carecido de suficientes equipos de medición para inferir su verdadero comportamiento. Actualmente, se está realizando un esfuerzo global para modernizar las RAAPs con equipos de medida; pero, siguen siendo necesarias herramientas adecuadas para convertir los datos aislados disponibles en información distribuida. La Estimación de Estado Hidráulico (EEH) es una metodología que procesa todos los datos disponibles mediante un modelo hidráulico para calcular el estado operativo más probable de la red. Por lo tanto, la EEH tiene potencial para apoyar la gestión de las RAAPs.
Hasta ahora, la EEH se ha aplicado, principalmente, a casos de estudio teóricos en el ámbito de la investigación académica y a las arterias troncales para el transporte de agua en la práctica real. Esto ha limitado la aplicación operativa de la EEH a las RAAPs en dos sentidos. En primer lugar, la EEH se ha probado, principalmente, en modelos de redes de agua con pocos elementos (es decir, ejemplos académicos). En segundo lugar, las arterias troncales constituyen sólo una pequeña parte de las RAAPs reales, que pueden abarcar desde sistemas de agua sectorizados con arterias de transporte y sectores de distribución hasta redes de distribución menos definidas. Para que la EEH se convierta en una herramienta robusta que asista en la operación de las RAAPs, la metodología debe estar preparada para poder aplicarse a todo tipo de RAAPs. Esto implica mostrar un alto rendimiento al lidiar con grandes modelos de redes, en general, y con sectores/redes de distribución, en particular. Para ello, la EEH debe abordarse desde una perspectiva computacional para potenciar su eficiencia.
En esta Tesis, se revisan los principios de la EEH para lograr una comprensión profunda de la formulación y mejorar la metodología desde un punto de vista computacional. En primer lugar, se evalúa el algoritmo de cálculo de la EEH. Se analizan diferentes formulaciones matemáticas para identificar el enfoque más adecuado para minimizar la dimensión del problema. También se estudian las implementaciones numéricas de estas formulaciones para conseguir tiempos de cálculo compatibles con su aplicación en línea. Una vez mejorado el rendimiento de la EEH, se revisa el proceso que evalúa la fiabilidad de los resultados de la EEH. Hay que tener en cuenta que los resultados de la EEH, por sí mismos, no proporcionan ninguna indicación sobre su fiabilidad; y, normalmente, se adoptan procedimientos específicos para calcular la incertidumbre de los resultados si es necesario. Esto plantea un reto adicional si el postproceso debe ser compatible también con la aplicación en línea. Este trabajo recurre a metodologías de descomposición de redes para acelerar la evaluación de la incertidumbre de los resultados de la EEH, presentando una formulación descompuesta ad hoc. Asimismo, se elabora una metodología para estimar (y compatibilizar) la incertidumbre de las distintas fuentes de datos presentes en las RAAPs con el fin de mejorar la flexibilidad de la EEH. Las fuentes de datos presentes en las arterias troncales y en los casos de estudio académicos suelen ser bastante homogéneas; pero, los datos se vuelven más heterogéneos en los sectores/redes de distribución. El nuevo enfoque permite la integración de todos los datos disponibles en cualquier RAAP para evitar que se pierda ninguna información.
Los resultados demuestran que las mejoras metodológicas aquí presentadas permiten la aplicación eficiente de la EEH a cualquier tipo de RAAP. Aún es necesario seguir investigando sobre diversos aspectos secundarios relacionados con la naturaleza de las RAAPs reales; pero, este trabajo muestra que la EEH es una herramienta versátil capaz de dar respuesta a las necesidades actuales de la industria del agua en materia de monitorización, gestión y toma de decisiones en relación con las RAAPs.