Comunicación presentada al III Congreso Ciudades Inteligentes:
Autor
- Fco. Javier Montero Larizgoitia, Ingeniero Municipal, Técnico Coordinador de los Controles de Eficiencia y Eficacia de los diferentes Servicios Públicos, Ayuntamiento de Mérida
Resumen
El consumo de agua bruta en la ciudad de Mérida en el año 2017 será aproximadamente igual o inferior al captado en el año 1995 (primer año de toma de agua del embalse de Alange), consecuencia de la reducción de consumos por los usuarios del servicio, la situación económica actual, la adecuación de tarifas y por la intensificación de la detección de fugas en las redes de distribución, con objeto de obtener el máximo rendimiento del sistema. El Servicio Municipal de Aguas de Mérida dispone de un servicio de detección de fugas actualizado a las tecnologías del momento, integrado por personal, prelocalizadores de fugas y detectores del tipo de geófonos y correladores acústicos, así como registradores de caudales y contadores sectoriales.
Palabras clave
Prelocalizadores, Rendimiento Óptimo, Reducción de Consumos
Objetivo: Un Rendimiento idóneo de la Red de Abastecimiento
El rendimiento idóneo del sistema de abastecimiento es aquel que minimiza, al máximo posible, con las técnicas actuales, los volúmenes no controlados consecuencia de pérdidas en red, fraudes, medición de contadores, etc. Es imprescindible conocer los volúmenes que se pierden en la red como consecuencia de fugas por los siguientes motivos:
- Medioambientalmente:
- El agua es un recurso escaso y cada vez puede serlo más, debido al cambio climático.
- Ahorrar agua, supone optimizar el consumo de otros recursos, como la energía eléctrica y el consumo de reactivos químicos principalmente.
- Evitar posibles contaminaciones en la red en caso de subpresión de la misma.
- Responsabilidad e imagen, no es aceptado por los ciudadanos el mal uso de estos recursos.
Las técnicas actuales de detección de fugas han evolucionado, a la par que la sensibilización y voluntad en las ciudades por optimizar recursos.
La solución definitiva para la mejora de rendimientos pasa por la renovación completa de las redes, actualmente obsoletas, y la planificación económica para poder afrontar la renovación de las que actualmente no lo son, mediante la implantación de la figura del “Canon de Infraestructura” o similar.
La situación económica actual no permite realizar las grandes inversiones necesarias para la renovación de redes, por lo que,con el control mayor y permanente de las fugas, se puede alargar al máximo la vida útil de las existentes, en espera de tiempos más prósperos, a la vez que se reduce el consumo de recursos.
En el caso del Servicio de Mérida ya se realizan los controles siguientes:
- Control de los volúmenes aportados al sistema, total y sectorizado.
- Control de los volúmenes consumidos por los clientes.
- Control de los volúmenes consumidos por servicios Municipales.
- Estimación de consumos en fugas reparadas.
- Análisis de los volúmenes definidos como pérdidas.
- Conocimiento del diseño de la red, de sus diámetros y materiales.
- Modelización matemática completa de la red de abastecimiento.
Todo ello es imprescindible para definir los objetivos a alcanzar de forma razonable y lógica, con la mejora de gestión que aquí se propone.
Las pérdidas de agua en la red se pueden registrar en muchos puntos y debido a multitud de causas, ya que todos los elementos son susceptibles de un funcionamiento incorrecto, situación que se debe analizar, prevenir y corregir.
En el esquema siguiente se resumen las distintas posibilidades de reparto del agua.
Las técnicas actuales más óptimas para la localización de fugas incluyen equipos que permiten prelocalizar la fuga desde el mismo instante de su aparición en una zona concreta, la cual será posteriormente localizada, mediante el uso de otros equipos como el geófono o el correlador acústico.
Los equipos de prelocalización vuelcan automáticamente vía mensaje telefónico, los datos registrados, según su programación, al ordenador central del Servicio, donde se analizarán para definir si existe alguna anomalía y dónde tendrán que utilizarse los equipos de búsqueda. Estos equipos, para aumentar su efectividad, estarán instalados de forma fija en la red, en puntos accesibles de la misma, como son ventosas, bocas de riego, válvulas etc.
Con este control en continuo se analizarán y compararán los valores obtenidos que tendrán que corresponder a una gestión óptima desde el punto de vista técnico.
Entre los objetivos de todo Servicio Municipal de Aguas está el alcanzar una óptima gestión del servicio, tanto desde el punto de vista técnico como económico, lo cual incluye realizar el control de pérdidas de agua innecesarias.
Este objetivo se puede considerar cumplido dado que el rendimiento hidraúlico del Servicio está en torno al 80%, el cual es considerado como óptimo.
Para mantener este rendimiento en el futuro, será necesario acometer grandes renovaciones de redes y detectar las fugas en periodos de tiempo más corto entre su aparición y su eliminación. Las renovaciones de redes en la situación económica actual serán de difícil ejecución, la instalación de prelocalizadores de fugas fijos, con emisión programada de sus registros, es más accesible económicamente, de más rápida y fácil ejecución y más lógico dentro de la idea de ciudad inteligente en la que Mérida se quiere convertir.
La instalación de estos prelocalizadores facilita la gestión óptima del Servicio y su inspección, en lo referente a la búsqueda de fugas y la reparación de ellas, dado que se puede establecer TRAZABILIDAD, entre los informes emitidos por los prelocalizadores en continuo, con la desaparición del estado de FUGA.
La consecución del máximo rendimiento de red por este motivo estará asegurado y, por tanto, el menor consumo de recursos energéticos al cual deben tender las ciudades de éxito futuro.
La red de abastecimiento de la Ciudad de Mérida, es del tipo mallado, con una longitud superior a los 250 km. y está realizada principalmente en materiales de fibrocemento y fundición dúctil de diámetros comprendidos entre 80 y 700 mm. Las acometidas son principalmente de polietileno, aunque quedan algunas de plomo. Existen también acometidas de plomo, fuera de uso, mal condenadas y no localizadas, que a veces producen averías en la red.
La presión en la red varía desde 1 hasta unos 5 Kg/cm2, dependiendo de la zona. A la zona Norte y Oeste de la ciudad se le ha venido suministrando mediante grupos de presión, al no poder ser abastecidas directamente debido a las cotas de los depósitos iniciales.
Se ha realizado una gran obra de infraestructura de abastecimiento que proporciona a la ciudad unos 3 Kg/cm2 más de presión, suficiente para el suministro por gravedad a todo Mérida, pero que aumentará los volúmenes de agua y por tanto el consumo eléctrico en perdidas.
El Servicio Municipal de Aguas dispone de prelocalizadores de fugas programables, con almacenamiento del mínimo sonido detectado, sus frecuencias e histogramas, con los cuales se hacen campañas periódicas de prelocalización, moviéndolos diariamente de situación y volcando los datos, posteriormente, al ordenador central. Después del análisis de estos datos se realiza la búsqueda de fugas mediante geófonos de calzada y correlación acústica.
No existe una zona determinada donde se detecten con más frecuencia fugas en estas campañas, lo cual dificulta el planteamiento de una solución sencilla y viable económicamente.
Gran parte de la pérdida de agua en la red de Mérida se debe a roturas bruscas del fibrocemento, lo cual no se puede predecir, ni evitar con estas detecciones.
Las fugas, en la red de fibrocemento, se producen principalmente en redes de diámetro inferior a los 150 mm., con algunas excepciones localizadas de redes de 250 y 300 mm. También se empiezan a detectar fugas en piezas de calderería de acero al carbono de las piezas especiales de cualquier diámetro y en las prensas de las válvulas.
En la Ciudad de Mérida, a pesar del mallado completo de la red, también se han realizado sectores de abastecimiento, los cuales son controlados mediante contadores generales conectados a telecontrol, y transmisión de datos y alarmas vía GSM. Este control, principalmente de los mínimos nocturnos, permite dirigir las búsquedas de fugas con más efectividad hacia la zona más adecuada, y sobre todo, contar con los datos necesarios para utilizar los recursos humanos y materiales de la forma más eficiente posible. En Total en Mérida hay 18 sectores bien definidos y telegestionados.
En muchos de estos sectores, está implantado además una metodología de control de caudales suministrados/consumidos en el sector dado, y en casi todos ellos el control de caudal en continuo y de los mínimos nocturnos.
El funcionamiento del abastecimiento de Mérida ha sido modelizado matemáticamente y calibrado para el control de caudales y presiones, en cada punto de la red.
El control de caudales suministrado y consumidos, así como de los mínimos nocturnos, unidos al uso de los contadores más precisos del mercado para el control de consumos individuales y la casi totalidad de consumos municipales, permite estimar consumos en caudales no registrables, más adecuado para la optimización de recursos que el rendimiento puro, y entre los cuales se suelen encontrar:
Caudales en fuentes
- Baldeo de calles
- Llenado de cisternas
- Jardines
- Llenado de piscinas
- Riegos
El control del consumo mínimo nocturno nos permite suponer la inexistencia de fugas en algunas zonas determinadas y nos obliga a dirigir nuestros esfuerzos en otros sentidos, bien sea en la adecuación de contadores, búsqueda de fraudes, etc.
Actualmente se realiza trimestralmente el control hidráulico de los caudales consumidos, mediante diferencia de caudales entrantes/salientes, y comparación de estos caudales con los caudales registrados por los usuarios del servicio, para conocer rendimientos de sectores. También se realiza un seguimiento de caudales diarios para conocer mínimos de consumos a partir de curvas diarias de consumo que permiten establecer los valores mínimos nocturnos óptimos o de difícil mejora con las infraestructuras actuales.
Incorporación de la Red de Prelocalizadores
Los prelocalizadores son desplegados de manera rápida y sencilla, cubriendo grandes áreas. Cada unidad dispone de su propio módulo radio que permite comunicación con los repetidores y/o patrullador. Por ello, el número de prelocalizadores empleados es fácilmente escalable de modo que se adaptan de manera idónea a la extensión del área que se pretende cubrir.
Las distancias entre sensores vendrán marcadas por los parámetros de material, diámetro y presión de la red en cada uno de los puntos en donde colocaremos cada unidad prelocalizadores. La cota superior de distancia entre sensores será de 200 metros donde se den las condiciones más favorables (fundición o similar, diámetros pequeños de tubería y altas presiones). Esta distancia irá disminuyendo según las condiciones hasta llegar a promedios inicialmente de unos 150 metros entre los sensores.
Los prelocalizadores son suficientemente pequeños y de posicionamiento adaptable, así se ajustan a la mayoría de las localizaciones; por tanto, pueden posicionarse de cualquier forma, ya sea vertical, horizontal u oblicuamente para facilitar la instalación en las pequeñas arquetas o de poca profundidad. Para facilitar dicho posicionamiento en válvulas, bocas de incendio, bridas, etc. va provisto de un potente imán que asegura el contacto directo con la tubería. De igual manera, se puede colocar directamente sobre la propia tubería siendo esta de cualquier material; si bien, cuando la tubería es plástica es recomendable la instalación de un collarín para asegurar el buen acoplamiento del imán con una superficie metálica.
La operatividad y facilidad de manejo, es tal que cada equipo de forma automática una vez activado con el paso de un imán por su parte superior y habiendo registrado datos durante al menos una noche, toma la decisión de si hay fuga o no fuga en torno a cada una de las unidades instaladas, sin estar expuesta a la subjetividad del personal que lo maneja ni dependiente de las condiciones de red (materiales, presiones, punto de ubicación, etc.).
La decisión sobre la presencia o no de una fuga es independiente del tipo de material, ya que se tienen en cuenta datos de nivel de ruido, dispersión, consistencia en el tiempo y otros parámetros estadísticos. Los prelocalizadores emiten una señal de radio de baja potencia con la información del estado (FUGA/NO FUGA). Al utilizar una potencia de emisión menor de 500mW no se requiere licencia para las comunicaciones.
El prelocalizador no requiere ningún tipo de programación, ni de umbrales de fuga o no fuga (dichos datos no son normalmente conocidos a priori por los técnicos), ni de los intervalos de registros y transmisión de datos. Por ello, el número de sensores empleados para cubrir una zona es fácilmente ampliable; esto conlleva una mejor organización y flexibilidad del trabajo.
En definitiva, se trata de un SISTEMA INTELIGENTE cuya gestión y explotación es sistemática, sencilla y fiable, lo que redunda en un coste mínimo de gestión de implantación y explotación.
Los equipos prelocalizadores son robustos ante un uso intensivo, algo muy necesario dado que el equipo está trabajando expuesto a condiciones difíciles de humedad, temperatura, condensación y manipulación por parte del personal encargado de la red de abastecimiento. Asimismo, dispone de la protección IP68 necesaria para tal aplicación. La tecnología de la detección empleada, se basa en el análisis automático de los dos parámetros que identifican las señas de identidad acústica de una fuga; amplitud de ruido y dispersión estadística de las muestras de ruido. Datos que permiten en términos absolutos (y no relativos) a cada prelocalizador decidir de forma automática y sin intervención humana si el ruido que le llega corresponde a una posible fuga próxima a su ubicación. Además, dichos valores permiten ubicar de forma aproximada la distancia de la fuga al punto donde está instalado el prelocalizador.
El propio prelocalizador es capaz de analizar la señal del ruido percibido interpretando que la amplitud y dispersión son propias de una fuga. Esto es, no es necesario la exportación de los datos registrados a un PC para su posterior análisis e interpretación de fuga o no fuga, aunque sí lo permita. La información sobre el estado fuga o no fuga de cada prelocalizador aparece directamente en la pantalla del patrullador en caso de utilizarse o en el LED del propio prelocalizador.
Cada sensor prelocalizador almacena y compara el histórico de valores de amplitud y dispersión de ruido de varios días. Tiene su propio dispositivo automático de análisis y toma de decisión que se auto-adaptará a las condiciones particulares del punto donde se encuentra instalado.
Todo prelocalizador dispone de un diodo LED que indica el estado FUGA / NO FUGA en el que se encuentra.
Modos de transmisión de datos
- Transmisión por alarma
- Transmisión periódica
- Transmisión de datos vía radio
- Información transmitida en los mensajes cortos
Ficha de control
Esta ficha permite controlar la trazabilidad entre lo indicado por los equipos y los trabajos realizados.
Conclusiones
Actualmente se están instalando por fases y por zonas sectorizadas un número de prelocalizadores entorno a cubrir los 170 necesarios para toda la red de Mérida, los ahorros en materia de agua, energía, trabajos de terceros, reparaciones mas laboriosas y costosas son muy significativos y es una apuesta de futuro que se implantará en todo servicio de abastecimiento que apueste por la nueva tecnología. Como hemos titulado es la Red que nos habla y que nos avisa “in situ” y en tiempo real donde tenemos una fuga real.
Esta labor ha sido desarrollada por el personal del Servicio Integral de Aguas de Mérida, agradecerles desde aquí su dedicación y esfuerzo a todos ellos y a Aqualia gestión integral del agua, como concesionaria del servicio, su apuesta por la innovación continuada en las mejoras de todas las condiciones propias del servicio.