Telemedición y control remoto de un
sistema de producción y transporte de agua
Basado en un modelo de simulación con Vensim
Fernando Pillon
fernando.pillon@gmail.com
El sistema de abastecimiento de agua corriente en una población del centro de la
República Argentina puede estar constituido por pozos de bombeo, acueductos de
transporte, sistemas de almacenamiento en cisternas, tanques, lagunas u otros,
tratamiento y redes de distribución a los usuarios.
El sistema completo incluye todos los
equipos, materiales, servicios auxiliares e instrumentación necesaria para poder prestar
el servicio de provisión de agua corriente. Teniendo en cuenta una operatoria de jornada
completa, criticidad del servicio público y distancias que encarecen costos de operación
y tiempos de respuestas contar con una herramienta que brinde información para
predecir eventos constituye una clave en la administración de recursos del prestador.
En
el presente trabajo, tomando como ejemplo una población del norte de la provincia de
La Pampa, mostraremos las ventajas de contar con un modelo hidráulico junto con el
balance de materia y energía para analizar los escenarios de la demandas, proponer una
arquitectura de control para ejecutar las estrategias y analizar los beneficios a obtener.
Un acuífero de reposición natural repone su reserva de agua mediante lluvia. Como
suele suceder en los pozos de agua y de extracción de otros fluidos presentan niveles de
líquido en el reservorio considerados ideales para la explotación. De esta manera, son
evitados efectos indeseados en la calidad química del agua como la inclusión de arcilla,
concentración de sales o presencia de sólidos. Los niveles ideales, permiten también que
las bombas sumergidas trabajen lo más cercano posible al punto de mayor rendimiento.
El agua en el acuífero de baja profundidad como el de nuestro estudio cuenta con tres
grandes demandas. La primera considerada es el bombeo para satisfacer los
requerimientos de la población, la segunda la agricultura o la vegetación del terreno y la
tercera la evaporación y las fugas por el terreno.
Poder abastecer a una población de agua implica cumplir con los requisitos del Código
Alimentario o al menos con lo pautado en cuanto a composición química y calidad
microbiológica propuesta a los usuarios. Además implica también satisfacer la demanda
de caudal a la presión mínima acordada en el punto de entrega.
Para extraer el agua del pozo, el sistema bajo estudio emplea bombas sumergibles. Esto
implica que para reparar una falla en la bomba debe ser retirada la misma del pozo,
dejándolo fuera de producción por un intervalo de tiempo. Si bien puede contarse con
un equipo similar en reserva, el evento es indeseado al igual que los costos que ello
acarrea.
En la operación de bombeo de pozos debería considerarse con especial énfasis el tiempo
de reposición o comúnmente denominado tiempo de descanso del pozo para que este
mantenga las condiciones originales con las que fue excavado. Las bombas de inyección
al acueducto de transporte requieren de un ajuste tal que no haya efectos hidráulicos
indeseados como que una actúe de limitante de otra o como freno hidráulico.
El acueducto como sistema de cañerías tiene sus propios límites de operación. Por
ejemplo, el rango de velocidades, debe estar acotado para evitar erosiones o
pulsaciones, máxima presión de operación admisible y un método de puesta en marcha
y parada.
El sistema de almacenamiento busca filtrar los picos de consumo dados por la demanda.
El tanque o cisterna de almacenamiento actúan con efecto capacitivo tales que permiten
utilizar las bombas de producción o de inyección a la red en un entorno acotado. Al
acotar los parámetros hidráulicos de operación de la bomba quedan también fijados los
eléctricos del motor. Esto permite mantener los parámetros de consumo eléctrico
acotados en un rango evitando fallas comunes de sobrecalentamiento.
Es importante
tener en cuenta la interacción de la parte hidráulica con la eléctrica porque todo las
ventajas de operación acotada en parámetros presenta un beneficios en la otra. Operar
una bomba fuera del punto hidráulico de diseño traerá problemas mecánicos, pero
seguramente antes habrá una falla en la parte eléctrica del motor.
Al igual que la calidad del pozo, el sistema de almacenamiento se controla con niveles.
El armado del modelo hidráulico permite conocer los parámetros que deben cumplir
bombas, válvulas y alturas de columna de líquidos para satisfacer al balance de materia
y energía que representan los ingresos de agua y la demanda por parte de los usuarios.
De aquí serán obtenidos los valores a cumplir por los equipos. Estos serán los valores
deseados o set points (SP) del sistema de control. La telemedición permitirá el posterior
seguimiento de las variables en tiempo real del sistema y con la operación remota hacer
los ajustes necesarios para que el sistema presente las variables en valores lo más acorde
al momento particular.
El análisis de las variables en el tiempo mediante cartas de control debería permitir la
obtención de conclusiones. Una herramienta inmediata de aplicación es el control
estadístico de procesos.
El agua antes de ser inyectada a la distribución requiere cloración y análisis
fisicoquímicos y microbiológicos frecuentes adicionales a los que realiza el ente de
control. En otras locaciones, el agua puede requerir de filtrado.
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