Optimización del tiempo de bombeo en la estación Bosconia mediante un modelo de algoritmos genéticos en cuasi-tiempo real en el sistema de distribución de agua potable del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga S.A. ESP.

Abstract

La eficiencia energética en sistemas de bombeo constituye uno de los principales desafíos globales en la gestión del agua, dado que las bombas pueden representar hasta el 80 % del consumo eléctrico en la distribución de agua potable. Este elevado requerimiento energético genera altos costos operativos, que pueden alcanzar hasta un 75 % de los gastos totales en sistemas municipales. En el caso del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga (amb S.A. E.S.P.), la estación de bombeo Bosconia evidenció un consumo anual de 23,33 GWh en 2021, equivalente a un costo de $8.780 millones, con una operación continua de 7.092 horas anuales basada en criterios manuales y empíricos. Ante este panorama, la presente investigación propone un modelo de optimización basado en algoritmos genéticos (GA) aplicado al sistema de distribución del amb, con el objetivo de minimizar el tiempo de bombeo y los costos energéticos en la estación Bosconia. El trabajo se estructura en tres fases: (i) Desarrollo y calibración del modelo hidráulico del sistema matriz del amb, integrado con datos SCADA en tiempo real y modelos predictivos de consumo y producción mediante redes neuronales LSTM. (ii) Implementación del algoritmo genético para optimizar las horas de operación de bombas y válvulas durante un periodo de 24 horas en intervalos de 1 hora, considerando restricciones hidráulicas y de servicio. (iii) Evaluación comparativa de los costos de bombeo reales y optimizados, cuantificando los ahorros energéticos y económicos para un día específico de operación. Los resultados demostraron una reducción del 54,2 % en el costo diario de bombeo, pasando de 33,6 millones a 15,4 millones de COP, gracias a la disminución del tiempo operativo de 24 a 11 horas, sin comprometer las condiciones hidráulicas del sistema. Estos hallazgos validan la eficacia del modelo, evidenciando que la integración entre modelación hidráulica, inteligencia artificial y optimización evolutiva genera impactos significativos en eficiencia y sostenibilidad. Este proyecto constituye una herramienta de apoyo a la toma de decisiones operativas aplicable a otros sistemas de acueducto del país, contribuyendo al uso racional de la energía y al cumplimiento de las políticas nacionales de sostenibilidad en el sector de agua potable en Colombia.