Simulación y optimización dinámica de redes de agua en Python

Abstract

El objetivo del proyecto consiste en el desarrollo de modelos dinámicos de redes de agua a partir del paquete de simulación Epanet y su posterior uso para la optimización de la operación de la misma. Como entorno de desarrollo se ha elegido el entorno Python, por ser de libre distribución y con una gran potencia. Para abordar este objetivo, primero se ha estudiado el modelado de las redes de distribución de agua y se han estudiado técnicas numéricas de integración de las ecuaciones algebraico-diferenciales resultantes. Se ha estudiado también el paquete de simulación numérica de redes agua Epanet. Como primera aportación de este proyecto se ha desarrollado una librería en Python que permite extraer las ecuaciones que definen una red de aguas creada en Epanet. También se ha desarrollado unas rutinas que permiten realizar la simulación de dicha red en Python usando el método de Hardy Cross combinado con el método de integración de Runge Kutta. Los resultados obtenidos se han comprobado con Epanet en una red de prueba. La segunda aportación del proyecto consiste en el planteamiento del problema de control óptimo para la gestión eficiente de la red de agua. Para su resolución se ha utilizado el paquete CaSADi a partir de los modelos de red estudiados en el punto anterior. Esto se ha podido validar en un caso sencillo, quedando como trabajo futuro la creación de una plantilla que permita la resolución del problema de control óptimo para un modelo de red de agua creada en Epanet integrando el desarrollo anterior.

The objective of the project consists on the development of dynamic models of water networks from the Epanet simulation package and its subsequent use for the optimization of the operation of the same. As a development environment, the Python environment has been chosen because it is freely distributed and has great power. To achieve this objective, we first studied the modelation of water distribution networks and studied the numerical techniques for integrating the resulting algebraic-differential equations. The numerical simulation package of water networks has also been studied. As a first contribution of this project, a Python library has been developed to extract the equations that define a water network created in Epanet. Routines have also been developed to allow a simulation of this network in Python using the Hardy Cross method combined with the integration method of Runge Kutta. The results have been verified with Epanet in a test network. The second contribution of the project consists of the approach of the problem of optimal control for the efficient management of the water network. For its resolution, the package has been used. CaSADi from the network models studied in the previous point. This has been validated in a simple case, remaining as future work to create a template to solve the problem of optimal control for a water network model created in Epanet integrating the previous development.