Localización Analítica de Fugas

UNA METODOLOGÍA CON GRAN POTENCIALuntitled

El presente artículo representa una reflexión desde una perspectiva analítica sobre la metodología “Detección de Fugas de Agua a través de Algoritmos Genéticos de Optimización basados en la Calibración de Modelos” desarrollada por los investigadores Zheng Yi Wu y Paul Sage la cual fue presentada en el 8° Simposio Anual Internacional de la ASCE.

Por: Ing. Juan Carlos Gutiérrez (Bentley Latinoamérica)

En esencia, el artículo destaca como los resultados obtenidos en casos reales demuestran la efectividad de este tipo de metodologías en la detección de fugas como parte del proceso de calibración hidráulica de un modelo computacional; y el potencial que la implementación de este tipo de metodologías puede tener en la reducción de los índices de agua no contabilizada en nuestro medio.

Problemática de la Detección y localización de Fugas en Redes de Acueducto.

A nivel general, pocos negocios pueden operar con unas pérdidas no controladas del 35% o más sobre bien o servicio producido. Pues bien, esta es la situación que enfrenta gran parte de los operadores y empresas de agua en América Latina en sus sistemas de acueducto.

Las pérdidas en los sistemas de acueducto representan la mayor fracción de Agua Incontrolada o No Contabilizada y por ende de los costos no-recuperables de los procesos de captación, potabilización y distribución de agua. Este problema sin embargo, comienza paulatinamente a ser resuelto si se cuentan con las herramientas adecuadas.

De acuerdo con el manual de mejores prácticas de IWA (International Water Association) para el balance de agua en sistemas de distribución, más del 65% del Agua No Contabilizada proviene de fugas y errores de medición.

En Colombia donde según estudios de la Comisión de Regulación de Agua Potable y Saneamiento Básico, la mayoría de los sistemas presentan índices de Agua No Contabilizada (IANC) superiores al 35% y en algunos no pocos casos superan el 55%; los objetivos se han basado en la reducción de las fugas como factor clave para alcanzar la reducción del IANC

Para cumplir con los requerimientos y metas impuestas por el ente regulador, las siguientes tareas deben ser llevadas a cabo:

  1. El nivel o índice de pérdidas debe ser adecuadamente calculado.
  2. La localización de las pérdidas por fugas debe ser determinada
  3. Se deben adoptar medidas reactivas y proactivas para mejorar el estado y operación de las líneas de conducción y distribución.

Hoy en día, el problema principal radica en que los procesos existentes para la detección de fugas son costosos especialmente en nuestro medio además de consumir gran cantidad de tiempo y recurso humano. Un interesante esfuerzo investigativo ha sido realizado por el Centro de Soluciones Haestad de Bentley en Watertown, CT (USA) con el propósito de encontrar una metodología analítica innovadora y económica para la localización y cuantificación de fugas ocultas. Dicha metodología aborda tanto las fugas de baja intensidad distribuidas en el subsuelo como fugas puntuales de alta intensidad o hot-spots por su término Anglosajón.

La metodología analítica propuesta para la detección de fugas hace uso de Algoritmos Genéticos (AG), una técnica de búsqueda basada en los principios de la evolución natural de las especies y reproducción genética. Usando AG, las fugas son simuladas a través de la red de acueducto y los resultados de cada simulación son comparados con los caudales conocidos mediante mediciones de caudal y los valores de presión en los puntos de monitoreo.

Una noción interna del proceso de AG sin entrar en tecnicismos, es que mediante la ejecución de repetidas simulaciones cada una incluyendo ajustes finos introducidos de manera que emulen los procesos genéticos de evolución natural de las especies, se puede alcanzar una solución óptima de acuerdo con una correlación estadística de la simulación los datos de presión y caudal conocidos.

En esencia la metodología, busca resolver un interesante problema de localización geoespacial combinándolo con los algoritmos clásicos de simulación hidráulica de redes. En mi experiencia como modelador hidráulico, he observado claramente como en los últimos años los Sistemas de Información Geográfica (SIG) han empezado a convergir muy estrechamente con la mayoría de soluciones informáticas de modelación de sistemas de distribución; así mismo las empresas desarrolladoras de este tipo de software están invirtiendo una parte significativa de su presupuesto de investigación y desarrollo en la integración de sus herramientas de modelación y gestión de infraestructuras (agua, gas, energía, etc.) con sistemas y plataformas SIG.PLANO HIDRAULICO

Dado que los programas de modelación están ahora completamente integrados a SIG y permiten importar la información geoespacial para la construcción de los modelos además de realizar la simulación hidráulica, existe un enorme potencial si se puede usar dicha integración y capacidad de procesamiento, para localizar efectivamente las zonas de fugas distribuidas y fugas puntuales. El aprovechamiento del potencial que ofrecen ambas disciplinas es precisamente la característica diferenciadora de la metodología que se destaca a continuación y de la viabilidad que tendría su implementación en Empresas de Agua que hayan desarrollado modelos hidráulicos para la simulación de los sistemas.

Métodos Tradicionales para Localización de Fugas.

Los estudios de auditoría de sistemas concentran sus esfuerzos en el cálculo del balance hídrico del sistema de distribución o de sus subsistemas generalmente representados por sectores hidráulicos. KONICA MINOLTA DIGITAL CAMERADurante la última década, las metodologías desarrolladas para la estimación del balance hídrico han estado basadas en los datos de medición en sistema (caudalímetros), estadísticas de roturas de tuberías, suspensiones, acometidas del servicio y condiciones del subsuelo. Las medidas e indicadores de rendimiento han sido usados para soportar decisiones administrativas en busca de reducir los diferentes componentes del agua incontrolada. Estos conceptos y metodologías clásicas han sido adoptados por casi todos los países alrededor del mundo.

Existen diversas técnicas para localizar fugas en los sistemas de distribución, incluyendo jornadas de detección regulares o aleatorias a través de equipos de registro acústico de ruidos, pruebas en subsistemas bajo condiciones nocturnas de consumo controlado, y el uso de sistemas permanentes de detección de fugas con recolección de datos (acoustic loggers) y/o unidades de recepción remotas.

Las brigadas de campo representan la práctica más común  en nuestro medio para la detección de fugas. Estas usan equipos de escucha tradicionales como la denominada “caña o indio”, la varilla de escucha electrónica, geófonos o equipos correladores. Estos equipos buscan identificar el lugar exacto de la fuga mediante un recorrido por las líneas que componen el Sistema. En el caso de los primeros dispositivos estos buscan amplificar el “ruido” que produce la fuga tratando de aislar otras fuentes de contaminación acústica mientras se recorre el sistema. Entre los inconvenientes que presentan estos equipos, se destaca la dependencia con la profundidad de la tubería, el tipo de suelo y fundamentalmente la relación de metros lineales escuchados/día es relativamente baja. En el caso de los correladores, se trata de un equipo compuesto por una unidad central y una pareja de sensores acoplados al sistema. Los sensores captan la señal y los transmisores la envían a la unidad central (amplificación) donde mediante un tratamiento matemático de la señal se procesan los datos para identificar la existencia o no de la fuga y su distancia entre sensores. La ventaja en este caso es que proporcionan una relación de metros escuchados día superior y su funcionamiento no está condicionado por el tipo de terreno. No obstante su costo es alto y los ruidos predominantes de los tramos impiden en ocasiones aislar el ruido generado por la fuga.

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Cualquiera sea el dispositivo que se use en la localización de fugas, se trata de técnicas que consumen gran cantidad de tiempo y no lo suficientemente eficiente en términos de enfocarse en áreas con presencia potencial de fugas; esta debilidad se debe a que los técnicos usualmente consumen gran parte de su tiempo en la localización de fugas en áreas donde no existen.

Por su parte, la medición de caudales mínimos nocturno es ejecutado mediante el cierre temporal y controlado de válvulas de asilamiento para reducir el tamaño del sistema (o sector) que típicamente puede contener 500 – 1500 acometidas de servicio. Las válvulas se cierran por corto tiempo mientras simultáneamente se realizan mediciones de caudales en la línea. El caudal resultante (reducido) indica las fugas totales más el caudal de consumo nocturno legítimo. Si el caudal resultante es mayor al anticipado teniendo en cuenta el numero y tipo de usuarios del sector aislado, esta es una indicación de la presencia de una posible fuga y en ningún caso una localización del punto de ocurrencia. Por tanto este método, estaría enmarcado dentro de los métodos de detección y prelocalización, y no se considera un método de localización. Este método requiere un conocimiento preciso de los componentes que constituyen el caudal nocturno (fugas en instalaciones interiores y el consumo efectivo del agua).gotita a&a

Autor: Agua&Ambiente

agua&ambiente es una revista digital mensual y gratuita. Nuestra misión es publicar y difundir información acerca de agua, medio ambiente, cultura ecológica y otros temas relacionados.

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