El sistema de monitoreo de transitorios de presión mejora la detección de fugas y la gestión de activos para una empresa de servicios públicos de Georgia

Con tres estaciones de bombeo que operan dentro de una sola zona de presión, la dirección del flujo del sistema cambia en función de la demanda y el equilibrio de entrada alrededor del circuito. La red transporta el agua a largas distancias a bajas velocidades para minimizar la pérdida de carga, con presiones que oscilan entre 20 y 230 psi debido a las diferencias de elevación en toda la zona de servicio. Cinco tanques de almacenamiento elevados situados en las crestas de suroeste a noreste proporcionan una estabilidad de presión adicional, evitando que muchos eventos de presión transitoria se propaguen por toda la red.

En 2016, la CCMWA experimentó una serie de fallos en las tomas de agua de 6 a 12 pulgadas de diámetro. Cada fallo creó una condición del flujo de orificio que limitó la tasa de fuga dentro de la capacidad de la red de tuberías de transmisión en bucle. Dado que la pérdida de carga resultante no era fácilmente visible en las lecturas de presión en estado estacionario, la empresa de servicios públicos comenzó a explorar nuevas tecnologías de monitoreo para detectar y localizar mejor estos eventos.

Se produjo un fallo en una toma de derivación de 8 pulgadas en una de las tuberías principales de 42 pulgadas de la CCMWA. Al recopilar datos de presión transitoria en un modo de alta frecuencia de muestreo (128 veces por segundo), los operadores pudieron localizar, aislar e identificar rápidamente la fuga.

Detección de fallos en el sistema

Anteriormente, el método de la CCMWA para identificar fallos importantes consistía en calcular la demanda total del sistema comparando las altas tasas de bombeo y los niveles de llenado de los tanques, junto con los datos de precipitaciones, para estimar la demanda prevista. Por ejemplo, durante los periodos lluviosos del verano, la demanda solía descender al mínimo y volver a aumentar durante los periodos de sequía.

Un análisis de un fallo de 12 MGD en 2014 mostró una pérdida de carga adicional de solo 2 psi en la tubería principal de transmisión de 36 pulgadas, que tenía una capacidad de diseño de 140 MGD. Una evaluación más detallada reveló que incluso un fallo de 10 MGD solo crearía una pérdida de carga de 5.3 psi (0.37 bar) en el punto más distante, lo que dificultaría la detección de dichas fugas mediante el monitoreo de presión en estado estacionario.

Esta información llevó a la CCMWA a considerar tecnologías de monitoreo alternativas. Se descartó el monitoreo acústico por ser poco práctico debido a la longitud de 200 millas de la red y a la densidad de sensores que sería necesaria. La empresa de servicios públicos finalmente seleccionó el monitoreo de transitorios de presión como la solución más eficaz para sus necesidades.

En marzo de 2016, la CCMWA instaló 10 PIPEMINDER-ONE Standard dispositivos separados entre sí por una distancia de entre 5 y 10 millas, centrándose en las zonas con antecedentes de fugas. Esta solución avanzada de monitoreo de presión y transitorios de Badger Meter está diseñada para ayudar a las empresas de servicios públicos de agua a detectar, localizar y analizar eventos transitorios, como picos de presión, rupturas o fugas, en sus redes de tuberías.

El monitoreo de presión en acción

Un viernes por la noche, a las 7:56 p. m., se detectaron dos eventos anormales: un cambio significativo e inexplicable en la dirección del flujo que salía de la planta de tratamiento y una caída de presión inesperada en la planta y en otro sitio de monitoreo. Los operadores sospecharon inmediatamente que había una fuga importante en la línea de 42 pulgadas que se extiende hacia el este desde la planta. Se envió a un equipo que localizó el problema, una abrazadera de derivación de 8 pulgadas defectuosa, a las 10 p. m.

La comparación de los datos de presión de alta frecuencia de muestreo (128 muestras por segundo) con los datos de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) recopilados a intervalos de un minuto demostró las ventajas del monitoreo de transitorios. Los datos de alta resolución mostraban claramente los tiempos de propagación de las ondas transitorias y las anomalías, mientras que los datos SCADA de menor resolución no proporcionaban suficientes detalles para revelar eventos significativos.

Desde la adopción del sistema de monitoreo de presión, la CCMWA ha desarrollado métodos de análisis clave para interpretar los datos transitorios de manera más eficiente. Este enfoque permite al personal centrarse en eventos significativos en lugar de dedicar tiempo a analizar el comportamiento normal de la red.

El poder de la triangulación

El término "triangulación" se refiere a la localización del origen de eventos transitorios importantes, como las rupturas. Esta función automatizada dentro de la plataforma de gestión de presión RADAR detecta ondas de presión en múltiples sitios de monitoreo y calcula el origen del evento utilizando datos temporales de alta resolución.

En junio de 2019, una ruptura importante activó una alerta. Los operadores se dieron cuenta inmediatamente del incidente a través del sistema SCADA, pero también pudieron localizar con precisión la ubicación de la ruptura utilizando los datos de monitoreo de transitorios antes de que los equipos llegaran al lugar. Esto permitió a los equipos de campo y a las autoridades locales responder directamente en el lugar correcto sin demora.

Tres dispositivos registraron la caída de presión, incluido uno que alcanzó 0 psi. El flujo de fuga estimado fue de 100 MGD, y se observaron caídas de presión de hasta 188 psi en puntos de monitoreo cercanos. El algoritmo de triangulación de RADAR estimó la ubicación de la rotura a menos de 150 medidores del lugar real, un impresionante nivel de precisión obtenido automáticamente en cuestión de minutos.

La CCMWA también utiliza otra función de la plataforma conocida como agrupación de eventos o clasificación de formas. Esta capacidad de reconocimiento de patrones compara las formas de onda transitorias con una biblioteca de referencia para clasificar eventos, como el arranque o la parada de bombas. Al identificar y filtrar los transitorios operativos recurrentes, el software permite a los usuarios centrarse en las anomalías que requieren investigación, mejorando la eficiencia general.

Los marcadores verdes indican los dispositivos que detectaron la rotura de junio de 2019 y se utilizaron para triangular automáticamente su ubicación. El algoritmo de triangulación de RADAR estimó la ubicación de la rotura a menos de 150 medidores del lugar real.

Un método de detección más rápido

Con el sistema de monitoreo instalado, la CCMWA ahora tiene una visión clara y accesible de los datos de transitorios de presión en tiempo real. Antes de la implementación, los operadores dependían únicamente de las lecturas de presión del SCADA, que carecían de la resolución necesaria para identificar el comportamiento transitorio.

Hoy en día, el sistema permite a los operadores detectar fugas que desarrollan rápidamente, las cuales antes pasaban desapercibidas, responder más rápidamente a los problemas de la red y tomar decisiones informadas para el mantenimiento de los activos y la planificación del capital. Al combinar un monitoreo preciso con el análisis avanzado, la CCMWA continúa fortaleciendo la confiabilidad de su sistema de agua y reduciendo los costosos eventos de rotura de tuberías principales.

Una versión anterior de este artículo se publicó en la revista OpFlow de la AWWA.