Automatización gracias a la digitalización en el sector del agua
Libro blanco de Achim Hugger, CTO de GUTERMANN.
Para muchos ingenieros de agua, el día en la oficina comienza con una mirada a la pantalla. Pueden analizar los resultados de las mediciones nocturnas de sus tuberías de agua potable en pocos minutos y tomar decisiones importantes para el día. ¿Hay nuevas fugas en el sistema? Utilizando la información encontrada, el ingeniero de agua puede enviar a sus trabajadores a precisamente aquellos puntos que el sistema de detección de fugas ha indicado.
En el pasado, las mediciones de campo regulares debían realizarse manualmente
Sin monitoreo de red, encontrar una fuga era como buscar una aguja en un pajar. A menudo, la persona responsable sabe cuánta agua se pierde cada año (con frecuencia es el 25% del consumo total y más). Pero descubrir dónde se encuentran las fugas a menudo necesita la ayuda de la coincidencia o una verificación física minuciosa de la red de tuberías. A veces, un miembro alerta del público informa una fuga cuando ve el agua filtrarse del suelo, a veces un empleado encuentra un lugar sospechoso durante las comprobaciones de rutina con la varilla acústica o logger de ruido. Semanas o meses a menudo pasan entre la ocurrencia de la fuga y su localización exacta. En el peor de los casos, la pequeña fuga se ha convertido en una fuga más grande o incluso en una rotura. Dependiendo de la naturaleza del terreno, el agua que escapa de la tubería encuentra su propia ruta en el transcurso del tiempo. Esto puede conducir al debilitamiento de carreteras o sótanos húmedos.
El ingreso de «Gran Cantidad de Datos» y «Cálculos en la Nube» en la gestión del suministro de agua
El principio de monitoreo permanente de fugas es conocido en muchas otras áreas de aplicación: se distribuye una gran cantidad de sensores que cubren una gran área del sistema a ser monitoreado, se recolectan luego en un punto central los datos de medición y la información asociada, se procesan y analizan con algoritmos inteligentes que entregan precisamente los resultados que son de interés para el usuario. Ya sea el recuento de polen o predicciones meteorológicas, la gestión inteligente de aparcamientos o Ciudades Inteligentes, la «Gran Cantidad de Datos» y «Cálculos en la Nube» no se trata de datos personales, sino de la forma más eficiente de recopilar y procesar la información y las decisiones que se puedan sacar de ellos. Las ventajas son obvias:
- Los sistemas se monitorean de manera completa y automática
- Los resultados relevantes están disponibles rápidamente y en forma preprocesada en línea o por correo electrónico, sin tener que estar en el sitio.
- Las alarmas automáticas reducen los riesgos de daños a las personas y la infraestructura
- Los cambios relacionados con fugas pueden identificarse más fácilmente mediante mediciones continuas, y las mediciones erróneas (valores atípicos) pueden identificarse más fácilmente
- Las situaciones complejas se pueden sintetizar automáticamente a la información relevante para crear automáticamente reportes para la administración y para los equipos de reparación
Tecnología premiada de detección de fugas de Gutermann
Gracias a la plataforma de productos ZONESCAN, Gutermann se ha establecido a nivel mundial como líder tecnológico y ya ha ganado casi una docena de premios tecnológicos. Más de 200 ciudades en todo el mundo están ahora equipadas con el sistema de monitoreo permanente de fugas ZONESCAN ALPHA de Gutermann, a veces cubriendo partes de una ciudad y a veces con una cobertura completa. Los primeros sistemas en Alemania ya estaban instalados a comienzos de esta década. Karl-Heinz Beißwenger de Eislingen Zweckverband dijo: «Probamos ZONESCAN ALPHA por primera vez en el 2010. Las pérdidas por fugas en el área de prueba se redujeron tanto después de solo unos pocos días que el costo de compra del sistema se recuperó después de solo tres meses «. Desde entonces, la cobertura en Eislingen se ha extendido a casi 1,000 puntos de medición. Frank Tantzky, director de Asset Service en Albstadtwerke, informa que en el área de Stetten administrada por él hubo una reducción en las pérdidas de red de casi 40% solo en el primer año y de casi el 50% en costos operativos. Las pérdidas de agua en la ciudad de Aulendorf eran tan altas que se consideró necesario comprar un sistema ZONESCAN ALPHA para toda la red de agua por razones de costos, y desde entonces se han logrado ahorros cruciales. Las ciudades de Trier y Benningen también han elegido recientemente el monitoreo permanente de la red con loggers correladores de Gutermann. En Suiza, donde se encuentra Gutermann, docenas de comunidades ahora están completamente cubiertas por este equipo de detección. Muchos ingenieros de agua suizos ven como un «Servicio Público» tener sus propias redes de agua bajo control y así mantener los estándares de calidad de los servicios públicos. Desde el 2015, la ciudad de Lyon ha sido monitoreada en una gran área por Veolia, el proveedor de agua más grande del mundo, utilizando más de 6.000 sensores ZONESCAN, cuyos datos son recopilados por la red AMI de Veolia y transferidos a su propio sistema de control.
Transferencia de datos más eficiente mediante el «Internet de las cosas (IoT)»
Todo el mundo habla sobre el «Internet de las cosas» en estos días (IoT por sus siglas en inglés). Pero, ¿qué significa eso realmente para la tecnología de sensores en la industria del agua? Loggers correladores de ruido plantean desafíos particulares para la transferencia de datos: primero, debe poder transferir los datos desde las cámaras estrechas a cierta profundidad. Segundo, la cantidad de datos necesarios para la correlación es mucho mayor que la requerida para los loggers de ruido comunes o incluso medidores de agua. Y tercero, la sincronización precisa de las grabaciones de ruido (menos de un milisegundo) también es necesaria para la correlación (ver recuadro). Para cumplir con las tres condiciones, hasta ahora se tenían que utilizar sistemas de radio especialmente optimizados para la transferencia de datos, en parte con los llamados repetidores de radio (como por ejemplo en las instalaciones de ZONESCAN ALPHA). Debido al rápido progreso en el campo de las redes celulares LPWLAN (Internet de las cosas), estas redes pueden cumplir al menos los requisitos de cantidad de datos y calidad de transferencia. Gutermann está trabajando en una nueva generación de loggers IoT, que también satisfará los requisitos de sincronización en una segunda fase. Aquí debe enfatizarse la implementación completa en muchas ciudades anunciada de LTE cat. NB1 (también conocido como NB-IoT) y LTE cat. M1. Esto permitirá que la solución de radio se elimine, sin afectar la calidad de los resultados. Además, los esfuerzos y gastos de instalación y mantenimiento se reducirán en gran medida. Esto hará que la decisión a favor de un sistema de monitoreo permanente sea aún más fácil para muchas compañías de agua.
Convergencia de las aplicaciones permanentes y móviles
Debido a que la cobertura integral con monitoreo permanente de fugas puede no siempre tener sentido desde el punto de vista financiero o operativo, el monitoreo permanente de fugas y la detección por trabajo itinerante se pueden combinar hábilmente en la actualidad. Con Gutermann, cada vez se pueden cargar más datos de dispositivos individuales como correladores y loggers en la misma solución en la nube. Así, todas las mediciones y sus resultados se pueden almacenar permanentemente y mostrarse claramente de forma gráfica en la misma interfaz de usuario con las facilidades de Google Maps. El trabajo de detección de fugas se ha vuelto más transparente y reproducible. Cada vez más de estos instrumentos son fácilmente controlados por tabletas, utilizando aplicaciones atractivas y visualización de posición automática en mapas descargables gratis. La instalación de sistemas permanentes pronto será también posible usando aplicaciones y tabletas o teléfonos inteligentes. Alarmas sobre posibles fugas o advertencias sobre fallas de funcionamiento se pueden investigar de forma rápida y conveniente.
Las Grandes Tuberías de Suministro se están Monitoreando ahora con la ayuda de Hidrófonos
El último desarrollo en el área de monitoreo de redes de agua potable es la extensión del sistema existente a tuberías de transmisión más grandes, llamadas troncales o primarias. La demanda de esto es especialmente grande, pero también lo son los desafíos técnicos. La red troncal conecta la empresa de agua o los reservorios con la red de distribución. Los diámetros de las tuberías son típicamente de 300 a 1200 mm. Mientras que el daño causado por una fuga en la red de distribución o las conexiones domiciliarias por lo general son pequeñas, las consecuencias de una falla en una troncal principal podrían afectar distritos enteros de la ciudad o áreas industriales. Es aquí cuando las alertas tempranas y las alarmas son particularmente necesarias.
Para poder detectar incluso las fugas más pequeñas en tuberías de estas dimensiones sobre largas distancias, en lugar de los acelerómetros fijados a la pared externa de la tubería se instalan hidrófonos de alta sensibilidad para que sus membranas midan la señal acústica directamente en el agua. Los hidrófonos se instalan a una distancia de 600 a 800 metros. Por ejemplo, Gutermann está lanzando actualmente el producto HISCAN, cuyo desarrollo llevó cinco años y fue parcialmente financiado por una subvención del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF). HISCAN permite la supervisión permanente de las tuberías de redes troncales (o de las tuberías de plástico) mediante la correlación diaria de los datos de ruido. Los primeros loggers hidrófonos para troncales ya se han instalado en Francia, Australia y Arabia Saudita.
El Futuro está Lleno de Promesas
Es fácil imaginar que los datos del sistema de detección de fugas se usen para otros propósitos y se combinen con otras fuentes de datos en el futuro: estadísticas sobre la frecuencia de fugas en secciones específicas de tuberías de suministro podrían usarse para tomar decisiones sobre la inversión necesaria. En combinación con la medición inteligente (mediciones de uso y flujo continuo), se pueden cuantificar las pérdidas de agua para fugas individuales de forma más precisa y así priorizarlas. Las alarmas podrían usarse para reducir directamente la presión de la red y limitar el daño posterior. A más datos disponibles, más podrá desarrollarse un sistema de supervisión permanente dentro de un sistema experto que también permita proyecciones sobre posibles fugas futuras o sobre la vida útil restante de las tuberías de suministro. Gutermann ya ha estado investigando todos estos temas e integrará las soluciones adecuadas dentro de su software ya existente en la nube.
«Gutermann es conocido desde hace años como una empresa de tecnología innovadora», dice Frank Tantzky de la empresa de saneamiento de Albstadt. «Estamos entusiasmados con las futuras innovaciones de productos e integraremos las mejoras tecnológicas útiles en el mantenimiento de nuestra red para que podamos responder aún mejor, de manera rápida y efectiva a las pérdidas de agua en el futuro».
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Cómo funciona el Monitoreo Permanente de Fugas?
Cuando el agua escapa de una tubería, hay vibraciones estructurales que se extienden a lo largo de las paredes de la tubería y en el agua, a ambos lados de la fuga. Los loggers de ruido especiales (sensores acelerómetro) se adhieren magnéticamente a la parte exterior de las tuberías de agua. Transmiten diariamente sus datos de medición acústica a un servidor que analiza los datos y pasa los resultados a través de una conexión segura de Internet a las empresas de agua. En el sistema ZONESCAN ALPHA de la empresa suiza Gutermann, que tiene sus instalaciones de I + D y producción en Baden-Württemberg, las mediciones se toman con una sincronización de tiempo muy alta. Usando las leyes de propagación del sonido, los datos de medición de los diferentes loggers de ruido pueden correlacionarse. Esto tiene la ventaja de que las fugas se pueden ubicar con muy alta precisión, y las falsas interpretaciones (falsas alarmas) también se reducen significativamente. Además, las correlaciones son aproximadamente 30 veces más sensibles que las mediciones usuales del nivel de ruido y, por lo tanto, adecuadas para redes de plástico. Con frecuencia permiten la detección de pequeñas fugas apenas empiezan y antes de que causen un mayor daño. Las mediciones diarias de los loggers de ruido consisten en mediciones de correlación, el espectro de ruido y una distribución del nivel de ruido. Esta información se enlaza a valores históricos en la base de datos de fugas por un sistema experto en el servidor para el cálculo de la probabilidad de fuga. Mediante la correlación, se puede determinar la posición de una fuga típicamente con una precisión de menos de un metro y se muestra con un ícono en un mapa de Google en el navegador web.
