CT&F Ciencia, Tecnología & Futuro (Jan 2003)
GENETIC ALGORITHMS FOR THE OPTIMIZATION OF PIPELINE SYSTEMS FOR LIQUID TRANSPORTATION (1)
Abstract
This is the first of two articles in which a Genetic Algorithm (GA) is presented to obtain an optimal design of a pipeline system for liquid transportation, from an economical and operational point of view. This GA is based on criteria such as compliance with the laws of matter and energy conservation; flow requirements in consumption points where pressure is known; restrictions to the pressure value in system points where pressure is unknown, and to the velocity, which must be lower than the erosion limit velocity. This article combines traditional techniques for the design of GA in this type of problems with some ideas that had never been applied before in this field. The proposed GA allows sizing of the liquid distribution systems, including pipelines, consumption and supply nodes, tanks, pumping equipment, nozzles, control valves, and accessories. This article includes different formulations found in literature on network design through optimization techniques and carries out the mathematical formulation of the optimization issue. In the second article the characteristics of the designed Genetic Algorithm (GA) are specified and further applied to the issues presented by Alperovits and Shamir (1977), and Fujiwara and Khang (1990), addressing the water distribution network at Hanoi, in Vietnam . Finally, the GA is applied to a fire protection network, allowing for the testing of some of the model’s characteristics which are not reported in the pertinent literature, such as the possibility to include pumping equipment, aspersion nozzles, and accessories.Este es el primero de dos artículos en los que se presenta un Algoritmo Genético (AG) para obtener un diseño óptimo de un sistema de tuberías para el transporte de líquidos, desde el punto de vista económico y de operación, con base en criterios tales como el cumplimiento de las leyes de la conservación de la masa y la energía, exigencias de caudal en los puntos de consumo en donde se conoce la presión, restricciones en el valor de la presión en los puntos del sistema en donde se desconoce y en la velocidad, que debe ser inferior a la límite de erosión. En él se combinan las técnicas tradicionales para el diseño de AG en este tipo de problemas, con algunas ideas que no se habían aplicado con anterioridad en este campo. El AG propuesto permite el dimensionamiento de sistemas de distribución de líquidos que incluye tuberías, nodos de consumo y suministro, tanques, equipos de bombeo, boquillas, válvulas de control y accesorios. En este artículo se presentan las diferentes formulaciones que se encuentran en la literatura para el diseño de redes mediante técnicas de optimización y se hace la formulación matemática del problema de optimización. En el segundo artículo se especifican las características del Algoritmo Genético (AG) diseñado y su aplicación sobre los problemas presentados por Alperovits y Shamir (1977), y Fujiwara y Khang (1990), que corresponde a la red de distribución de agua de la ciudad de Hanoi en Vietnam. Finalmente se aplica el AG a una red contra incendio, lo que permite probar algunas de las características del modelo que no se encuentran en los reportados en la literatura, como son la posibilidad de incluir equipos de bombeo, boquillas de aspersión y accesorios.Este é o primeiro de dois artigos nos que se apresenta um Algoritmo Genético (AG) para obter um desenho ótimo de um sistema de tubulações para o transporte de líquidos, desde o ponto de vista econômico e de operação, com base em critérios tais como o cumprimento das leis da conservação da massa e a energia, exigências de caudal nos pontos de consumo onde se conhece a pressão, restrições no valor da pressão nos pontos do sistema onde se desconhece e na velocidade, que deve ser inferior ao limite de erosão. Nele se combinam as técnicas tradicionais para o desenho de AG neste tipo de problemas, com algumas idéias que não se tinham aplicado com anterioridade neste campo. O AG proposto permite o dimensionamento de sistemas de distribuição de líquidos que inclui tubulações, nodos de consumo e subministro, tanques, equipamentos de bombeio, boquilhas, válvulas de controle e acessórios. Neste artigo apresentamse as diferentes formulações que se encontram na literatura para o desenho de redes mediante técnicas de otimização e fazse a formulação matemática do problema de otimização. No segundo artigo especificamse as características do Algoritmo Genético (AG) desenhado e a sua aplicação sobre os problemas apresentados por Alperovits e Shamir (1977), e Fujiwara e Khang (1990), que corresponde à rede de distribuição de água da cidade de Hanoi no Vietnam. Finalmente se aplica o AG a uma rede contra incêndio, o que permite provar algumas das características do modelo que não se encontram nos reportados na literatura, como são a possibilidade de incluir equipamentos de bombeio, boquilhas de aspersão e acessórios.
