Diseño óptimo de sistemas de recolección de aguas pluviales para uso doméstico en un desarrollo residencial

Abstract

This paper proposes an optimization-based approach for designing rainwater harvesting systems for domestic use into a residential development. The optimization model accounts for the implementation of rainwater harvesting devices, pipes and tanks for the optimal sitting, collecting, storing and distribution of harvested rainwater. The optimization model consists in satisfying the water domestic demands and considers as objective function the minimization of the total annual cost associated to the fresh water, the capital costs for the catchment areas, storages and pumps, and the cost associated to the pumping, maintenance and treatment. A case study for a residential development in Morelia, Mexico is presented. The city of Morelia is characterized for having complications to satisfy the water demands, especially during dry seasons. The application of the proposed optimization approach shows that is possible to satisfy a significant percentage of the domestic water demands using a harvesting rainwater system decreasing the associated cost in the time horizon. Several scenarios have been presented to show the potential solutions identified in the case study.

En este trabajo se propone un enfoque de optimización basado en el diseño de sistemas de captación de agua de lluvia para uso doméstico en un desarrollo residencial. Se formula un modelo de optimización para la instalación de los dispositivos de captación de aguas pluviales, tuberías y tanques; así como para la ubicación óptima de los sistemas de almacenamiento y distribución de agua de lluvia recolectada. El modelo de optimización consiste en la satisfacción de las demandas de agua para uso doméstico y considera como función objetivo la minimización del costo total anual asociado al agua fresca (la que provee el servicio municipal), los costos de capital para las zonas de captación, almacenes y bombas, y el costo asociado al bombeo, mantenimiento y tratamiento. Se presenta un caso de estudio para un desarrollo residencial en Morelia, México, partiendo de la motivación de que la ciudad de Morelia se caracteriza por tener complicaciones para satisfacer las demandas de agua, especialmente durante las estaciones secas. La aplicación de la propuesta de optimización muestra dos enfoques, el primero indica que es posible satisfacer un porcentaje significativo de la demanda de agua doméstica utilizando un sistema de recolección de aguas pluviales, mientras que también se disminuye el costo asociado en un horizonte de tiempo previsto. Se presentan varios escenarios para mostrar las soluciones potenciales identificadas en el caso de estudio.