Alemania/Albstadt: La Telemetría Reduce Significativamente los Costos de Detecctión de Fugas

1. La reción de Albstadt se expande a lo largo de 3 valles con varianza de altitud de 400m

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Introducción

Albstadt es una ciudad situada en el suroeste de Alemania, a unos 80 kilometros al sur de Stuttgart.  Alstadtwerke es el proveedor de la red de distribución de servicios públicos en esta región, suministrando agua potable, gas natural y electricidad.  Además de la gestión y el mantenimiento de los activos de distribución locales en Albstadt, Albstadtwerke opera y mantiene dos redes de distribución de agua potable, siete redes de distribución de gas natural y el suministro de electricidad.

Albstadtwerke está dirigido eficientemente con 80 empleados para toda la operación y la construcción de nuestras redes e instalaciones.  Ha sido una política corporativa durante muchos años el evaluar continuamente las metodologías actuales e introducir nuevos métodos innovadores en detección de fugas y la instalación de tuberías sin zanjas.

En este artículo compartiremos información acerca de nuestra amplia experiencia con tecnologías innovadoras en la reducción de pérdidas de agua e información sobre nuestro último sistema que monitorea permanentemente la red y nos alerta en cuanto aparece una fuga.

2. Suelo Típico de Piedra Caliza

El Reto

La Figura 1 muestra una imagen de la región de Albstadt, la cual se extiende por tres valles y tiene una variación de altura de 400m.  Este paisaje geográfico crea una serie de retos operativos, incluyendo:

  • Un gran número de diferentes zonas de presión;
  • Secciones largas de tubería troncal, y
  • Largas distancias a conducir para el personal de mantenimiento para llegar a los extremos de la red.

 

Aproximadamente el 50% del suministro de agua proviene de nuestra captación de agua cruda y se procesa en varias etapas en nuestra planta de agua para producir agua potable de alta calidad.  El otro 50% se compra a un total de tres proveedores.  Estamos a unos 80 kilómetros de distancia del Lago de Constance, que es uno de los más grandes lagos de Europa.

Nuestro Agua No Contabilizada actual es del 20% (500.000 metros cúbicos), que ha aumentado en 10% desde hace cinco años.  El aumento en el porcentaje de ANC se debe a una reducción del 50% en el consumo total; nuestra pérdida de agua se ha mantenido constante.

El suelo es de piedra caliza, lo que significa que casi ninguna fuga es visible en la superficie ya que siempre hay un buen drenaje.  Hemos tenido pérdidas masivas de 25L/S desapareciendo bajo tierra (Figura 2).  Nuestra primera investigación fue en la zona de reservorio Braunhartsberg.  Esta zona consiste de 52 kilometros de tuberías con una mezcla de hierro fundido, hierro dúctil y UPVC, y contiene la mayor parte de los factores que hacen difícil la detección de fugas.

3. Instalación de Medición de Flujo
4. Instalación de Registradores y Repetidoras ZS820

Innovaciones en Pérdidas de Agua

Nuestra primera estrategia para mejorar la eficiencia de la red fue instalar un medidor de flujo en la salida del reservorio y hacer que los datos se envíen a nuestra oficina a diario con alarmas que nos avisen si hubo un aumento en el flujo mínimo nocturno (MNF).  Esto se muestra en las Figuras 3.  Además de proporcionar un aviso de alarma que nos advertía que el MNF estaba aumentando, también podíamos cuantificar el tamaño de la fuga.

La detección de fugas se realizó enviando un equipo en una camioneta para desplegar los registradores de ruido con radio de comunicación (Figuras 4) y luego descargando los datos haciendo un sondeo por patrullaje al día siguiente para detectar la posición de la fuga y usando un micrófono de suelo y un correlador para una ubicación precisa de la fuga.  Hemos estado utilizando este equipo durante muchos años y hemos encontrado que sólo los registradores con comunicación por radio podían ser usados eficientemente. Los registradores están montados directamente en la tubería con una conexión magnética para proveer una buena grabación de sonido. A menudo esto tomaba a este equipo de dos hombres de cinco a diez días para encontrar la fuga en esta extensa zona, manejando una hora en cada sentido todos los días.

La siguiente estrategia hecha para mejorar la eficiencia fue instalar medidores de flujo adicionales dentro de la zona para localizar la posición de fugas en un área más pequeña y reducir la cantidad de tiempo empleado en buscar la fuga.

No estábamos midiendo o analizando el flujo total dentro de las sub-zonas, estábamos solo buscando cambios significativos en los flujos de agua diarios para localizar las posiciones de fugas.

5. Zona de Presión Braunhartsberg en el software Zonescan net.

Nuestra siguiente mejora  – La Solución Optima?

Con los sistemas previamente identificados, fuimos capaces de lograr buenos resultados.  Sin embargo, siempre hubo todavía una cierta cantidad de esfuerzo para llevar los datos medidos a la oficina para un análisis detallado y luego enviar un equipo para precisar la ubicación exacta de la fuga antes de que la fuga fuera reparada.

Debido a nuestra situación geográfica, se perdía una gran cantidad de tiempo manejando de vuelta a la oficina para analizar los datos y luego de vuelta al campo para precisar la fuga.

Por lo tanto, decidimos introducir un sistema que transmita los datos cada día a los que deciden en la oficina para reducir el tiempo de respuesta y tiempo de viaje.

Los registradores de ruido se desplegaron a través de la red, como antes, ello registran los niveles de ruido y sonido.  Si se superan los límites predeterminados, el registrador envía una alarma de fuga a la oficina.  Cada registrador está conectado por radio con un repetidor.  Todos los repetidores están en contacto con un colector de datos (ALPHA), usando radio para recoger los datos de los repetidores y GPRS para enviar los datos al servidor. Así tenemos acceso inmediato a los datos de medición y podemos hacer una evaluación de fugas.

Al modelar el sistema con datos de la red geográfica, los registradores son capaces de reconocer su posición en la red y crear la relación con los registradores "vecinos".  Este hecho permite una correlación directa entre los registradores y, por tanto, una determinación muy precisa de la fuga.

La instalación fue rápida y económica, sin ningún tipo de cambios estructurales en el sistema de distribución.

Ochenta registradores, 42 repetidoras y dos Zonescan ALPHA fueron desplegados en la zona de presión Braunhartsberg (Figura 5), permitiendo el monitoreo de fugas totalmente automatizado en toda la zona, que consta de 52 kilometros de tubería.

Evaluación

  • Communication reliability: We found the communication to be very good, without the need to install an antenna close to the surface.
  • Batteries lifetime: We operate in a temperature range from –30°C in winter to +30°C in the summer. In 12 months of operating the Zonescan, there have been no problems.
  • Confiabilidad en la Comunicación: Se encontró que la comunicación era muy buena, sin la necesidad de instalar una antena cerca a la superficie.
  • Duración de las baterías: Operamos en un rango de temperatura de -30°C en invierno a 30°C en verano.  En 12 meses de funcionamiento del Zonescan, no ha habido ningún problema.

La Plataforma de Monitoreo

Los datos se alojan en el servidor web de Gutermann y son accesibles ingresando al software de red de Zonescan.  Hay mapas, gráficos de distribución de amplitud, espectro de frecuencias y datos de correlación en esta plataforma de software.  La Figura 5 muestra un mapa en el software Zonescan Net; los puntos verdes, naranja y rojo son los registradores.  Ellos tienen código de color verde para indicar que no hay fuga, naranja para posible fuga y rojo si hay una fuga probable.  El difuso punto naranja es una posición de fuga correlacionada.

También es posible mostrar los registradores en una imagen de satélite, lo que proporciona una mejor orientación.  Cuando esta fuga en particular apareció, fue identificada con las correlaciones de más de 15 combinaciones de registradores y reparamos la fuga en un tiempo récord,  esta fuga comenzó el 9 de febrero y fue reparada el 10 de febrero.

Podemos identificar ruidos mecánicos, lo que reduce la cantidad de tiempo perdida buscando ruidos que no son fugas.

6.1. Gráfico de Correlación
6.2. Gráfico de Espectro Cruzado

La Figura 6.1. es la gráfica de la correlación y muestra la ubicación de ruido en la tubería para identificar la posición de la fuga con el pico grande, el cual está a 22.9 metros del registrador 1 y 63,6 metros del registrador 2.

La Figura 6.2. muestra el espectro de frecuencia del ruido detectado.  Las falsas alarmas pueden ser creados a partir de ruidos de baja frecuencia en el rango de 50 a 150 Hz, mientras que las fugas están por lo general a una frecuencia más alta.

Todo este análisis se realiza en la oficina antes de que cualquier empleado salga hacia el lugar.  Una fuga puede verse en la Figura 7; la correlación proporcionada por el sistema Zonescan estuvo a menos de medio metro de la posición real.

7. Fuga encontrada con el Zonescan Alpha

Conclusiones

Con esta tecnología hemos sido capaces de seguir manteniendo nuestro Flujo Mínimo Nocturno en 0,4 L/S, con un promedio de tiempo de fuga promedio de 1,5 días, lo que nos permite reducir nuestras pérdidas de agua a niveles más bajos que nunca.  Además de esto, hemos reducido el esfuerzo y el costo de localización en un 98%.

Con muy buenos mapas de la red de tuberías el Zonescan produce una localización exacta de la fuga.  Teniendo en cuenta que el costo de excavación es de €3.000, nosotros confirmamos la ubicación de la fuga con un micrófono de suelo antes de excavar.

No hemos tenido problemas de comunicación durante un invierno particularmente frío, con una gruesa capa de nieve en el suelo.

Hemos encontrado pequeñas fugas que nuestro experimentado equipo de fugas no habría descubierto, y los cazadores de fuga me dicen que pueden oír toser a gusanos!

El Autor

Frank Tantzky (correo electrónico: @ frank.tantzky albstadtwerke.de) es Gerente de Operaciones de Red en Albstadtwerke.  El documento original fue presentado en la Cumbre Mundial de Fuga, Londres 2011.

Desde que el documento fue presentado en la Cumbre Mundial de Fuga, Albstadtwerke ha comenzado a instalar el equipo sobre un área significativamente mayor de su red.  Y están todavía en expansión ...