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El cambio climático y la escasez de personal cualificado dominan la actualidad social, y los proveedores de agua también luchan contra estos retos: El agua es muy valiosa, más que nunca en épocas de calor. Por tanto, hay que encontrar las fugas rápidamente y frenar las pérdidas de agua. Sin embargo, la supervisión de la red, la detección de fugas y su reparación requieren grandes recursos de personal. El potencial de la detección automática de fugas de agua abre una salida a este dilema.
La importancia de la detección automática de fugas en el contexto actual
El verano de sequía del año pasado puso a prueba el suministro de agua potable en muchos lugares. Municipios y proveedores hicieron un llamamiento al ahorro de agua, las prohibiciones de extracción y las restricciones de uso estaban en el aire.
Según muchos estudios, los efectos sigilosos del cambio climático sobre los recursos de aguas subterráneas disponibles ya son evidentes. Según la Agencia Federal Alemana de Medio Ambiente (Umweltbundesamt), más del 70% del agua potable de Alemania procede de aguas subterráneas.
Por eso es tan importante reducir al mínimo las fugas en la red de distribución de agua. Sin embargo, el método habitual suele tener una larga latencia entre la aparición de una fuga y su localización, además de requerir mucho personal. La industria de suministro tiene que luchar contra la escasez de trabajadores cualificados incluso más que otras industrias.
Dos cifras lo ilustran: En el Estado Libre de Baviera sólo hay 60 aprendices por cada 3.300 proveedores de agua, que terminarán su formación como técnicos de abastecimiento de agua en 2018. «Muy por debajo de la demanda», declaró en primavera a Radio Bávara Jörn-Helge Möller, director gerente de la sección bávara de la Asociación Alemana de Profesionales del Gas y el Agua.
Enigma3m, el detector automático de fugas de agua
Con Enigma3m, Esders GmbH ofrece un procedimiento de detección automática de fugas. Basándose en datos cualificados de registradores y SIG (Sistema de Información Geográfica), los ruidos de fugas que se producen se correlacionan por la noche a través de la computación en la nube. De este modo, el proveedor recibe cada mañana una imagen fiable de la situación en la sección de la red investigada y puede actuar de inmediato.
Si los registradores de ruido de correlación Enigma3m se exponen de forma proactiva para supervisar las secciones de red en peligro, las fugas podrán localizarse y repararse en menos de 24 horas. Así, el método ahorra recursos, agua y personal. Además, ya ha demostrado su eficacia muchas veces en la práctica, por ejemplo, en una prueba piloto acompañada científicamente con 33 registradores Enigma3m en IWB, la empresa pública de suministro eléctrico del cantón de Basilea-Ciudad en Suiza.
Procedimiento de la detección automática de fugas con Enigma3m
El procedimiento estándar para localizar fugas suele constar de cinco pasos: a una primera
- Fase de prelocalización con un micrófono de contacto
- Registrador de ruidos, que delimita aún más la zona dañada
- Localización del punto exacto de la avería con un correlador de superficie. Los ruidos de fuga registrados en varios puntos del sistema de tuberías se correlacionan entre sí. La posición exacta de la fuga se calcula a partir de las diferencias de tiempo con las que el sonido llega a los respectivos puntos de contacto.
- Reparación de la avería. Es probable que se produzcan otras fugas más pequeñas en las proximidades de roturas de tuberías causadas por levantamientos, asentamientos o actividades de construcción, cuyos ruidos de fuga han sido superpuestos por los daños reparados hasta ese momento.
- Comprobación exhaustiva de seguimiento.
La mayoría de los proveedores trabajan sobre una base ad hoc: Si se sospecha que hay fugas, se suspenden los registradores de ruido, se recogen y se vuelven a leer tras la grabación.
La experiencia demuestra que los proveedores calculan entre 15 y 20 horas de trabajo para el gasto de personal desde la primera sospecha de fuga hasta el punto de localización. Sin embargo, cada vez son más los proveedores que empiezan a vigilar las zonas de riesgo de forma rutinaria y permanente mediante la instalación permanente de registradores.
A continuación, los datos del registrador se recogen periódicamente mediante lectura a distancia. Para ello, los empleados deben desplazarse periódicamente en coche por la zona vigilada («solución drive-by»).
El caso práctico de la detección automática de fugas en la IWB de Basilea
El seguimiento dentro de la gestión de pérdidas de agua de IWB en Basilea fue similar al descrito anteriormente. Su red de distribución de agua está dividida geográficamente en cinco zonas de presión: En las zonas 2 a 5, con unos 80 kilómetros de red de tuberías, los registradores de ruido se exponían una vez al año y, una vez grabados, se recogían y leían manualmente. En la zona 1, con una red de unos 420 kilómetros, los registradores se instalaron permanentemente y se leyeron trimestralmente mediante «drive-by».
«En el peor de los casos, es decir, si los daños se producen poco después de la lectura periódica, esto significa períodos de fuga desde que se produce la fuga hasta que la empresa de suministro de agua tiene conocimiento de ella, de hasta tres meses en la zona 1 y de hasta un año en las zonas 2 a 4», explica Michael Gauer, que ahora trabaja como ingeniero de planta en el departamento de gestión de pérdidas de agua de IWB.
La tesis de Michael Gauer, gestor de pérdidas de agua de la IWB
Para su tesis de máster en la Universidad de Ciencias Aplicadas del Noroeste de Suiza FHNW Muttenz titulada «Evaluación de pérdidas de agua y monitorización de fugas», Gauer evaluó la sensibilidad de cuatro sistemas diferentes de detección de fugas con transmisión remota de datos de ruido en el verano de 2018. Para ello, se utilizaron parcialmente fugas reales o se simularon fugas con diferentes niveles de ruido en hidrantes subterráneos. Además, se desarrolló un catálogo de criterios con 16 subcategorías técnicas y económicas para la evaluación estandarizada de los sistemas.
Todos los dispositivos evaluados envían los datos de ruido registrados durante la noche por servicio móvil. En dos sistemas, sin embargo, hay que crear y mantener una red independiente entre el registrador y la unidad de transmisión de datos por radio de corto alcance patentada. Esto requiere instalaciones sobre el suelo, por ejemplo en las fachadas de las casas y las farolas, que son costosas y, por desgracia, a menudo objeto de vandalismo.
Además, si los registradores se trasladan a otra zona de vigilancia, hay que volver a instalar toda la infraestructura de comunicación. Los otros dos sistemas, incluido Enigma3m, acceden a la red móvil local de forma autónoma y envían los resultados de las mediciones directamente desde la tapa del suelo al servidor. Para ello, la tarjeta SIM de itinerancia integrada en el Enigma3m se conecta automáticamente a la red móvil con mejor cobertura en la ubicación del registrador, lo que aumenta aún más la fiabilidad y eficacia de la supervisión.
La red de monitorización de IWB, por ejemplo, ofrecía cinco redes móviles diferentes entre las que elegir. La red móvil autosuficiente hace que todo el sistema sea muy flexible. Así, puede trasladarse a otra sección de la red rápidamente y con un esfuerzo manejable.
Dos de los sistemas probados emiten una alarma cuando se supera un nivel de ruido crítico. Sin embargo, se basan exclusivamente en el nivel: la superación de un nivel de ruido suficiente/definido activa una alarma, tras lo cual el usuario correlaciona los datos de ruido activando manualmente el proceso. Inconveniente: en caso de fugas silenciosas, ya sea por el tamaño de la fuga o por la distancia al registrador, no se alcanza el nivel de ruido crítico y la fuga continúa «bajo el radar». Los otros dos sistemas, incluido Enigma3m de Esders, se basan en la correlación: correlacionan automáticamente los sonidos registrados en un servidor web. El servidor de Esders no sólo fusiona los datos de sonido y correlación.
Antes de la medición, los datos de las tuberías se importan automáticamente del Sistema de Información Geográfica (SIG) de la empresa de servicios públicos. A continuación, el servidor puede trabajar con los planos de tuberías almacenados y la información sobre propiedades de los materiales, anchuras nominales y diámetros de las tuberías. Los cambios estructurales posteriores pueden añadirse digitalmente con facilidad utilizando la función «Dibujar tubería» o completarse mediante una actualización desde el SIG actualizado. Cuanto más preciso y detallado sea el SIG, con mayor precisión podrá correlacionar Enigma3m. Enigma3m correlaciona hasta siete noches con tres intervalos de medición cada una para eliminar ruidos molestos o grandes extracciones de agua aleatorias durante una medición.
Los sistemas con detección automática de fugas mostraron los mejores resultados en el estudio. Localizaron fugas correlacionando los datos de ruido con una precisión de un metro. La precisión media de las correlaciones puntuales de Enigma3m fue de 0,39 centímetros para las fugas reales, lo que está muy por debajo de medio metro. Además, Enigma3m correlaciona los datos de ruido registrados siempre independientemente del volumen. Así, en Basilea se localizaron incluso pequeñas fugas simuladas con un nivel de ruido comparativamente bajo.
Resultados de la investigación llevada a cabo por Michael Gauer
El diseño de la investigación de Michael Gauer distingue entre criterios principales y secundarios, con distinta ponderación. Los criterios principales fueron la precisión de las correlaciones, las funciones de correlación, la interpretabilidad de los resultados de la correlación y la tasa de detección de fugas del sistema respectivo, es decir, cuántas de las fugas reales y simuladas fueron encontradas por el sistema.
En la evaluación general, los registradores de sonido de correlación Enigma3m de Esders ofrecieron los mejores resultados. Esto se debió principalmente a las tasas de detección de fugas significativamente más altas de los dispositivos de Esders y a la alta precisión de la correlación de puntos de 0,39 metros de media.
Otro valor añadido es la interfaz de usuario de diseño intuitivo del portal web Enigma3m para la supervisión de la presión, el caudal y las fugas en la red de agua. «La aplicación web reduce el sistema a las funciones esenciales, lo que acelera la curva de aprendizaje», afirma Michael Gauer.
Las excavaciones para reparar las fugas pudieron iniciarse in situ en Basilea tras un breve periodo de aseguramiento con un correlador móvil y un micrófono de suelo. De este modo, Enigma3m redujo el procedimiento de cinco pasos antes mencionado a los dos pasos de correlación automatizada y localización de puntos in situ; todo gracias a la detección automática de fugas.
En comparación con las 16 a 20 horas-hombre mencionadas anteriormente, las fugas podrían localizarse y señalarse digitalmente en poco tiempo al comienzo de la jornada laboral. La confirmación in situ mediante el correlador móvil y el micrófono de suelo se realizó en 90 minutos, por lo que el tiempo necesario para la localización de puntos ascendió a un máximo de tres horas, en función de la distancia.