Dentro del estudio de la hidráulica de los conductos forzados o funcionando bajo presión, uno de los temas mas interesantes se refiere al análisis del balance hidráulico y determinación de presiones en las redes abiertas y cerradas de tuberías. El problema adquiere mayor relevancia cuando se adicionan algunos condicionamientos como los que se refieren al costo de las tuberías y su minimización, lo cual comprende aspectos de optimización; siempre que sea posible este será la meta que buscará el ingeniero en el desempeño de sus actividades profesionales.
No obstante de la existencia de diferentes procedimientos de cálculo y programas computacionales al presente, la mayoría se restringen al cálculo de caudales y pérdidas de carga en los tramos en redes hidráulicas, así como la determinación de cotas piezométricas y presiones disponibles en los nudos.
La tendencia actual es la de utilizar métodos que permitan optimizar el costo de la redes hidráulicas, que a su vez implica la utilización de diámetros mínimos.
Generalmente, al realizar el balance hidráulico y la determinación de los diámetros óptimos, éstos últimos dan resultados que no siempre se aproximan a los diámetros comerciales disponibles. Esta dificultad es superada tomando en consideración la sustitución de la tubería de diámetro no comercial de longitud “L”y diámetro no comercial “D”, por dos tuberías de diámetros comerciales, dispuestas en serie, de longitudes “L1” y “L2” y diámetros “D1” y “D2”, pero, que cumplirán la condición: L = L1 + L2
Además, debe tomarse en cuenta que “una tubería puede ser reemplazada por otras dos tuberías dispuestas en serie, si éstas tuberías conducen el mismo caudal con la misma pérdida de carga (que resulta ser la suma de las pérdidas de carga provocada por ambas tuberías) que la primera”.
Métodos de Resolución:
El estudio del diseño de redes hidráulicas, agrupa los diferentes métodos así:
a) Métodos de Verificación
b) Métodos de Diseño o Dimensionamiento
a) En este grupo se consideran los métodos de Hardy Cross, Matricial, Newton Raphson, etc. Dichos métodos solo sirven para verificar, si los diámetros adoptados dan lugar a caudales y presiones razonables, sin contemplar aspectos económicos como el costo de las tuberías.
b) Aquí, los métodos incluidos se caracterizan por estudiar diseños con algún criterio económico y a través de ciertas condiciones en cada malla o anillo de la red permiten hallar los diámetros de los diferentes tramos. Entre estos métodos se citan a: recosido simulado, algoritmos genéticos, heurísticos y de programación dinámica.
Es evidente que a través del tiempo, los diferentes investigadores han formulado diferentes hipótesis y métodos que consideran un cierto criterio económico, pero que no presentan una base matemática sólida de respaldo, que asegure que el diseño realizado sea el óptimo.
Antes de la era computacional actual, el cálculo de redes daba lugar a tareas prolongadas y reiterativas, limitando considerablemente las posibilidades de evaluar y confrontar diferentes alternativas. Esta limitación era mas notoria en el caso de grandes redes, que requieren imperativamente un diseño óptimo, por la gran influencia en el costo del sistema.
En la actualidad, dado el uso generalizado de los equipos de computación, las dificultades que representaban anteriormente: la resolución de sistemas de ecuaciones, los procesos iterativos y otros tipos de cálculo engorrosos, han sido superados ampliamente, por lo cual muchos métodos que implicaban muchas operaciones en el pasado, ahora se resuelven planteando modelos matemáticos complementados con programas computacionales, que simplifican el análisis y la evaluación de diferentes alternativas.
Es imprescindible el estudio de nuevos métodos de optimización para el cálculo de redes hidráulicas, no solo por lograr bajar los costos en la construcción de sistemas de agua potable, sino porque es un deber de quienes logran alguna formación académica contribuir con algún aporte en el desarrollo de la ciencia, como una retribución por el beneficio recibido en su profesionalización.