LOCALIZACIÓN ANALÍTICA DE FUGAS

Mediante Tecnologías de Innovación (última parte).

Por: Ing. Juan Carlos Gutiérrez A. (ver primera parte)

tubo-roto-fuga-maclovio-herrera3Liderado por el Dr, Zheng Wu, uno de los expertos de Bentley Systems en técnicas avanzadas para la búsqueda de soluciones optimizadas en complejos modelos de simulación, el estudio hace uso de una tecnología de inteligencia artificial basada en AG para optimizar la calibración de modelos y planear su operación. En este estudio, el Dr. Wu se ha unido al ingeniero Paul Sage, Director del Desarrollo de Modelos de la empresa United Utilities PLC del Reino Unido, para desarrollar conjuntamente una técnica para determinar las localizaciones más probables en donde se presentan las fugas y de esta manera concentrar las actividades de sondeo y detección de fugas en el sistema.

La meta del estudio fue la de descubrir cómo aplicar las tecnologías de calibración hidráulica en modelos de redes de acueducto, al problema de localización de fugas en cuestión. En el estudio de caso se hizo uso del software Bentley WaterGEMS. Ambos investigadores trabajaron por varios meses presentando algunos resultados preliminares en conferencias del sector Agua discutiendo con expertos su aplicabilidad, para posteriormente aplicar con éxito la metodología en un sistema de acueducto de gran tamaño para el cual una fuga de importancia había sido ya identificada. Si la técnica analítica demostraba ser capaz de “encontrar” la fuga conocida, esto constituiría una gran prueba para demostrar la validez de la metodología, la cual permitiría su adopción en otras empresas operadoras de redes de acueducto alrededor del mundo.

En esta dirección los investigadores configuraron las simulaciones hidráulicas, dejando que el algoritmo de optimización hiciera el trabajo “sucio”; sin embargo la metodología en primera instancia arrojó un resultado que no fue satisfactorio en la localización de fugas. La primera prueba de simulación falló en la ubicación de la fuga, lo cual es equivalente en una prueba de misiles a no dar en el blanco definido.

¿Pero como podría pasar esto si la sustentación matemática era sólida?10 FUGAS

Los investigadores examinaron los resultados e identificaron la posible causa del error. El error se encontraba precisamente en una de las premisas fundamentales del análisis hidráulico. Inicialmente, el Dr. Wu había formulado la metodología de localización de fugas como un problema de calibración del modelo hidráulico. Las empresas de Agua utilizan los modelos hidráulicos para simular la operación del sistema y como herramienta de soporte de decisiones. Esto requiere previamente un proceso de calibración en el cual el modelador ajusta los parámetros de modelación tales como la rugosidad de las tuberías y las demandas estimadas en los nodos de la red con el objeto de forzar al modelo a que genere resultados coincidentes con los datos operativos  observados de presión y caudal.

En el estudio que hace parte de esta revisión, ambos investigadores concluyeron que el impacto de la presión en la magnitud de las fugas debía ser representado como puntos de descarga dependientes de la presión (pressure-dependent discharge). En consecuencia, el algoritmo de calibración debía estimar simultáneamente la ubicación de las fugas y/o la intensidad de las mismas mientras el proceso de optimización variaba la rugosidad de las tuberías de la red de distribución representada en el modelo.

El problema entonces había salido a flote, debido a que los investigadores emplearon su nueva metodología a partir de un modelo base usado por la empresa de agua para propósitos operacionales, el cual ya había sido substancialmente calibrado para dichos propósitos y en el cual los caudales de agua incontrolada ya habían sido distribuidos en los nodos del modelo de una manera simplificada. Adicionalmente, bajo una inspección detallada del modelo base calibrado, los investigadores que algunas de los valores de rugosidad asignados a tuberías de material y edad similares eran inconsistentes y presentaban una marcada variación espacial. La conclusión no podía ser otra: el modelo había sido previamente ajustado y los parámetros de rugosidad habían sido artificialmente modificados como un efecto lateral del proceso de calibración en las zonas de vecindad a la presencia de las fugas de mayor importancia.

En efecto, las consideraciones e implicaciones hidráulicas de un fuga hipotética determinan a su vez los valores de rugosidad de la tubería aguas arriba de la fuga que pueden generar valores superiores a la realidad y aquellas tuberías aguas abajo de la fuga podrían ser calibradas con una rugosidad menor (más lisas) de la que realmente tienen. El primer ejercicio de simulación, no solo había fallado en la localización de la fuga, sino también había generado como resultado el enmascaramiento de una fuga de intensidad importante ya identificada en el sistema real.

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Habiendo identificado el problema, los investigadores retomaron el modelo base y redefinieron las rugosidades en las tuberías a valores razonables y consistentes tomando algunas referencias de bibliografía técnica. Una vez modificado el modelo, ejecutaron nuevamente el algoritmo de optimización obteniendo que la calibración para la estimación de fugas identifico de manera precisa el área donde se presentó la fuga conocida de alta intensidad.

Finalmente se tuvo éxito y los resultados satisfactorios! A pesar de todo y del enorme potencial que ofrece la metodología, las expectativas deben ser mesuradas. La combinación de modelación hidráulica y análisis geoespacial podrían proveer una herramienta valiosa aún por perfeccionar que las empresas operadoras de agua pueden usar como un instrumento para la estimación de fugas de agua no localizadas. Sin embargo, esta metodología no puede considerarse como un equivalente a tener una visión de rayos-x del sistema que le muestre a los equipos de mantenimiento donde comenzar las roturas de pavimento y obras de reparación, es en esencia una herramienta predictiva de razonable precisión.

Esta metodología, representa sin embargo una gran promesa para las empresas de agua y operadores de redes de acueducto, para enfocar en áreas de tamaño reducido (con potencial presencia de fugas), las actividades de campo para la localización de fugas a través de dispositivos acústicos, ahorrando gran cantidad de tiempo en las labores de campo y minimizando costos.

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Detalles del Estudio de Caso

Este estudio se ha constituido en un proyecto ejemplarizante de ingeniería geoespacial en dos niveles. Primero, la metodología ha demostrado ser aplicable y con un sólido sustento teórico. Segundo y más importante, el proyecto demuestra los buenos resultados que pueden presentarse bajo un esquema de cooperación entre las empresas desarrolladoras de software y profesionales del sector, en el desarrollo de aplicaciones coherentes con los retos de reducción del IANC.

Esta experiencia puede considerarse como un esfuerzo de cooperación en el sentido amplio de la palabra y no representó intereses comerciales. Los resultados reflejan la dedicación de dos investigadores con intereses en común y motivados por el reto de plantear una herramienta de innovación que permitiera reducir los altos costos de las actividades de reducción de fugas. El trabajo es un testimonio del espíritu que muevo los esfuerzos actuales de unificar dos áreas del saber como lo son: la modelación hidráulica y el análisis espacial que ofrecen los SIG.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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