Protejamos nuestras redes IV. Localización de estaciones de medida para eventos de contaminación

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Sobre el blog

Pedro Luis Peñalver Martínez
Director del Área de Agua de Everis Ingeniería.

A la hora de proteger adecuadamente una red de abastecimiento, se deben realizar una serie de consideraciones sobre la ubicación de las estaciones de medida como elemento central del sistema que permitirá proteger a la población.

El objetivo ideal sería contar con un número de estaciones de medida que permitieran conocer las características de calidad a lo largo de todo el sistema de distribución, pero las limitaciones presupuestarias condicionan el número de dispositivos que pueden instalarse en el mismo. En consecuencia, la ubicación de estas estaciones debe seleccionarse para optimizar los objetivos de diseño del sistema.

A la hora de instalar los mecanismos de medida suelen considerarse los siguientes puntos básicos:

  • Puntos de entrada al sistema: salidas de estaciones de tratamiento, conexiones con pozos o con otros sistemas de distribución. Normalmente, desde el punto de vista del control de incidentes de contaminación, sirven de línea de referencia para confirmar o descartar incidentes aguas abajo de los mismos, aunque también pueden utilizarse para predecir, mediante modelos, la calidad esperable aguas abajo.
  • Puntos de control operacional: los depósitos, estaciones de bombeo y puntos de reinyección de cloro representan sitios en los que pueden ajustarse las condiciones de operación del sistema que permiten modificar la calidad en la red de distribución. Además, suele tratarse de puntos en los que la instalación de las estaciones es sencillo al contarse con buenos accesos, comunicaciones y suministro eléctrico.

Para priorizar entre estos puntos suele atenderse a criterios objetivos como la población abastecida (basada en los caudales medios), la conectividad con otras estaciones, el tiempo de recorrido hasta el punto de control desde el abastecimiento o los episodios de calidad detectados anteriormente.

  • Consumidores críticos: pueden seleccionarse puntos de entrada consumidores (como hospitales, estadios, empresas alimentarias, etc.) que, o bien son grandes usuarios de agua, o bien abastecen a poblaciones más vulnerables en caso de contaminación.
  • Áreas con problemas registrados: pudiendo seleccionarse sobre la base de los datos históricos de calidad, las quejas registradas de los usuarios o estudios específicos de la red.
  • Zonas de mezcla e interconexiones: en las redes en las que se produce un abastecimiento desde varias fuentes resulta conveniente monitorizar los puntos o zonas de mezcla para identificar la frecuencia o extensión de estas mixturas.

La incertidumbre, inherente a las características de los incidentes de contaminación en la localización y la extensión de los mismos, supone un reto para la identificación más efectiva de los puntos de ubicación de las estaciones de medida. Normalmente se optimiza la localización de los dispositivos de forma que se maximice uno de los objetivos de diseño del sistema, como puede ser minimizar el tiempo de detección.

El objetivo más habitual en este tipo de sistemas es el de disminuir las consecuencias globales de un conjunto de incidentes, o lo que es lo mismo: las estaciones se seleccionan para proporcionar una rápida detección de los contaminantes que minimice las consecuencias de mayor gravedad.

Para la selección de las ubicaciones pueden usarse:

  • Modelos hidráulicos de la red: como EPANET, que permite caracterizar el funcionamiento de la red bajo diferentes hipótesis de actividad, determinando las conectividades hidráulicas y los tiempos medios entre estaciones.
  • Modelos de calidad de la red: incorporados a los modelos hidráulicos (EPANET-EX) para conocer las características de calidad a lo largo de la red, permiten conocer cómo evoluciona la calidad del agua en la misma e incluso la calidad esperable en las estaciones de medida.
  • Modelos específicos de ubicación: como TEVA-SPOT (Threat Ensemble Vulnerability Assessment and Sensor Placement Optimization Tool), que utiliza algoritmos complejos para identificar y priorizar la localización de las estaciones de medida para maximizar un objetivo específico, como puede ser minimizar el tiempo de detección de un incidente o disminuir las consecuencias del mismo considerando un gran número de posibles escenarios de contaminación.

Los modelos de optimización normalmente permiten la mejora “limitada” considerando como fijas algunas estaciones donde las consecuencias de la contaminación pueden ser severas (hospitales, edificios gubernamentales, centros de negocios o de entretenimiento) y, sobre la base de estas, optimiza el resto de ubicaciones de cara a minimizar las consecuencias de los potenciales incidentes de polución.

La incertidumbre supone un reto para la identificación más efectiva de los puntos de ubicación de las estaciones de medida

La ubicación final de las estaciones debe establecerse lo más cerca posible del punto propuesto por los modelos de selección anteriormente citados, cumpliendo además con otros criterios convenientes para la instalación de la misma, entre los que hay que considerar:

  • Accesos: que deben ser suficientes para la instalación y para el adecuado mantenimiento de los equipos de la estación, con la seguridad y los horarios necesarios para los mismos.
  • Seguridad: tanto de las instalaciones como de sus componentes individuales frente a las condiciones naturales (p.e. inundaciones, polvo, etc.) y los accesos no autorizados a las mismas.
  • Conexión con el sistema de distribución: debe poder conectarse de la forma más sencilla con la conducción representativa del funcionamiento y ser capaz de funcionar en las condiciones de operación (presión y caudal) previstas en dicha conexión.
  • Conexión a un sistema de drenaje: para poder disponer de las corrientes de rechazo de la estación de una forma adecuada en caso necesario.
  • Suministro eléctrico: bien mediante una toma de la red eléctrica con garantías de suministro suficiente o disponiendo de un sistema alternativo de baterías o paneles solares.
  • Comunicación de datos: debe poder comunicarse con los sistemas centrales en tiempo real, para lo que debe establecerse una vía fiable de comunicación mediante línea fija, línea móvil o radio.

Existen numerosas configuraciones de estación de medida, pero todas ellas tienen los siguientes bloques básicos:

  • Instrumentación: los sensores propiamente dichos incluyendo la conexión con la toma de muestras y el retorno de la misma, ya que si bien existen sensores de inserción para parámetros como temperatura, cloro residual o absorbancia, la configuración más habitual es la de desviar una corriente a la estación.
  • Computación: normalmente un equipo propietario que controla el funcionamiento de los sensores y que monitorea el estado de los mismos conectando las señales con la red de comunicaciones.
  • Comunicaciones: que transmitirán los datos recopilados por el controlador a la central para el análisis de los mismos.
  • Suministro y distribución eléctrica: normalmente están conectadas a una red existente, si bien en ciertas localizaciones puede requerirse un funcionamiento más complejo mediante paneles solares o baterías.
  • Accesorios: entre los que pueden considerarse la toma de muestras automáticas para la detección de eventos de contaminación; la iluminación y equipos de manutención; la detección de pérdidas o de inundación; las cámaras y elementos de seguridad; los elementos locales para calibración y mantenimiento.

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