Síntesis óptima de redes de uso de agua con operaciones multi-contaminantes Público Deposited
El acceso y la disponibilidad de agua superficial y subterránea han disminuido en las últimas décadas, mientras que el desarrollo de las industrias modernas ha incrementado la extracción y la demanda de agua dulce a nivel mundial. Esto ha motivado el uso de tecnologías y enfoques sistemáticos para orientar el diseño de sistemas industriales que reduzcan el consumo y aumenten la eficiencia en el uso de agua. Una de estas tecnologías consiste en el desarrollo y solución de modelos matemáticos de programación no lineal (PNL) para la síntesis de redes de operaciones usuarias de agua. En este trabajo se desarrolla y resuelve un modelo de PNL para la síntesis óptima de redes de uso de agua con operaciones multi-contaminantes para determinar la conectividad entre las operaciones (estructura) y las condiciones óptimas de operación. El modelo se desarrolla con base en una superestructura general de red que considera múltiples fuentes de agua y todas las opciones de distribución, uso y reúso de agua entre las operaciones usuarias. El modelo de PNL desarrollado considera la minimización de una función objetivo de costos de operación relacionados con el flujo total de agua que ingresa al sistema, sujeta a restricciones lineales y no lineales asociados a balances de masa de agua y de contaminantes, respectivamente, en cada elemento de la superestructura de red (mezcladores, divisores y operaciones usuarias de agua), así como restricciones de diseño asociadas a cada una de las operaciones y cotas inferiores y superiores para todas las variables de decisión. Las restricciones no lineales contienen términos bilineales que generan no convexidades en el modelo y que pueden dar lugar a la existencia de múltiples soluciones óptimas locales, en donde los resolvedores convencionales pueden quedar atrapados o difícilmente obtener una solución óptima global. Para resolver el modelo se utilizó un enfoque determinista y un enfoque estocástico de solución. Los resultados muestran que el enfoque determinista resolvió a optimalidad global cuatro de ocho casos de estudio de la literatura. Para los casos de estudio restantes, se determinaron soluciones óptimas potencialmente globales dentro de un tiempo máximo de solución establecido. Por otra parte, el enfoque estocástico determinó las mismas soluciones obtenidas mediante el enfoque determinista, y además, permitió detectar para cada caso de estudio un conjunto de soluciones óptimas locales, en donde resultan diferentes diseños de red con el mismo consumo total de agua. La metodología utilizada mostró ser una herramienta efectiva para diseñar óptimamente redes usuarias de agua con múltiples contaminantes.
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