Sistemas de Información c7_m4

10MDULO 4 Sistemas de informacin

MDULO 4 Sistemas de informacin

Sistemas de informacin

MDULO 4


3Sistemas de informacin

NDICE

Introduccin .......................................................................................................... 41. Sistemasdeinformacingeogrfica .............................................................. 52. Sistemas de telecontrol ................................................................................. 113. Modelos hidrulicos ........................................................................................ 214. Sistemas de ayuda a la explotacin de datos . .............................................. 25Conclusiones ....................................................................................................... 30Glosario ................................................................................................................ 31Bibliografa............................................................................................................ 34


Sistemas de informacin 4

IntroduccinEn este mdulo se presentan los principales sistemas deinformacin empleados en la gestin de las redes dedistribucin.

En primer lugar se introducen los sistemas de informacingeogrfica (SIG), qu funcionalidades presentan y cmo seles puede sacar el mximo partido mediante la asociacincon otros sistemas de informacin.

En segundo lugar se describen los sistemas de telecontrol ylos elementos que los componen, y se mencionan loselementos y magnitudes a controlar y supervisar en la redde distribucin.

En tercer lugar se describen los modelos hidrulicos, y seexponen las principales utilidades y situaciones de aplicacin.Tambin se describe brevemente uno de los programas demodelizacin ms extendidos: el simulador EPANET.

Finalmente, se describen dos sistemas de ayuda a laexplotacin de datos: el sistema de control tcnico deexplotacin CONTEC, utilizado para la gestin de los datos ydel mantenimiento, y el sistema experto de gestin deactivos METRAWA, utilizado para la optimizacin de lasinversiones de rehabilitacin y mantenimiento de las redesde distribucin.



1. Sistemas de informacin geogrficaUn sistema de informacin geogrfica (SIG) es un sistema de hardware, software y procedimientoselaborado para facilitar la obtencin, gestin, manipulacin, anlisis, modelizacin, representacin ysalida de datos, espacialmente referenciados, y que permite resolver problemas complejos deplanificacin y gestin. Se alimenta de datos capturados y elaborados mediante recursos propios o bienmediante fuentes compartidas, de fotografas areas, entre otros.

Es un error habitual considerar estos sistemas desde un punto de vista nicamente tecnolgico. Al contrario, enla implantacin o gestin de cualquier SIG es imprescindible tener presente que, adems de hardware ysoftware, el SIG tambin incluye el personal dedicado a mantener y explotar los datos.

En lo que concierne a la informtica, se puede entender un SIG como la combinacin de cartografa digital yuna base de datos con informacin alfanumrica. Los datos espaciales (elementos, posicin, relacintopolgica, datos, entre otros) pueden almacenarse en una variedad de bases de datos (Oracle, SQL, Access,entre otros) a las cuales se superpone la inteligencia del sistema, que sirve como motor de un sistema deinformacin geogrfica.

En el mercado existen diversos sistemas SIG, comerciales o de cdigo abierto. Algunos de los ms conocidosson ArcGis, AutodeskMap o gvSIG.

1.1. Fuentes de datos

El SIG puede contener cualquier tipo de datos contenidos en una referencia geogrfica. Entre las fuentes dedatos que permiten crear desde cero o alimentar un SIG se encuentran:

Captura y elaboracin propia. Por ejemplo, croquis de los operarios, de red o de fin de obra; campaas dellocalizacin, o tomas de datos topogrficas.Elaboracin a partir de otras fuentes externas. Por ejemplo, desde planos en papel a travs de tabletasldigitalizadoras (cada vez menos habitual), o bien mediante fotografas areas o por satlite, a travs de losprocesos denominados de georreferenciacin y/o vectorizacin.Cartografa digital.lFuentes de datos compartidas. Habitualmente a travs de Internet (servicios OGC).l

1.2. Tipos de datos

Los datos gestionados en un sistema de informacin geogrfica pueden clasificarse segn su formato o segnsu contenido.



Segn su formato, los datos pueden ser:

RsterEn este formato, la realidad se presenta mediante una cuadrcula ms o menos fina en la que cadacelda contiene un valor que representa una informacin especfica (temperatura, uso del suelo,entre otros). Pueden ser imgenes, tanto areas como de satlites, o bien mapas mallados, en losque se representan zonas, reas de inters,etc. Los datos con este formato son ampliamenteutilizados en la gestin del territorio.

Vectoriales

Son datos compuestos por puntos, lneas y polgonos, y permiten representar con gran precisin eltrazado de las infraestructuras. Son los que habitualmente se utilizan para la representacin de lasredes de distribucin. Un caso particular de datos vectoriales son los TIN (triangulated irregularnetwork), que consisten en la representacin de las superficies a partir de nodos y lneas decoordenadas tridimensionales (x,y,z) dispuestos en una red de tringulos que no se superponen.

Representacin con datos rster, vectoriales y el mundo real

Segn el contenido, los elementos fsicos que se pueden representar en un SIG son:

Cartografa base Conducciones

Vlvulas Depsitos

Contadores Redes futuras (proyectos, planesdirectores, etc.)



Tabla de valores de una seleccin de tuberas

1.3. Funcionalidad bsica

La gestin de la informacin ms bsica permiteconsultar en pantalla los datos introducidos en elSIG que puedan estar asociados a uno o varioselementos, as como obtener en forma delistados (tablas) dichos valores.

Adems, es posible seleccionar los elementosque cumplen una condicin lgica que interesadestacar, como por ejemplo una seleccin detuberas segn su dimetro, su antigedad o sumaterial. El resultado de la seleccin puedevisualizarse grficamente o en forma de listado.

Los SIG tambin permiten la bsqueda de elementos que cumplan una condicin interesada, como por ejemplola bsqueda de calles y direcciones.

Adems, los SIG pueden proporcionar todo tipo de datos, como promedios y desviaciones estadsticas para larealizacin de estadsticas e inventarios.

Inventario Seleccin de elementos



1.4. Funcionalidades avanzadas

Algunas de las funciones avanzadas de los SIG de mayor utilidad para la gestin de las redes de distribucin son:

Consultastopolgicas

En funcin de las relaciones espaciales entre elementos (interseccin, inclusin o proximidad),que se pueden combinar con consultas lgicas, o segn las reas de influencia (buffers). Porejemplo, roturas naturales que intersectan tuberas de dimetro mayor que 150.

Buffers sobre un conjunto de tuberas

Mapastemticos

Son la representacin grfica de los datos mediante colores, smbolos, tamaos o grosores delnea, entre otros. Permiten la visualizacin de un gran volumen de informacin de formacompacta e inmediata. La simbologa escogida se representa y almacena en una leyenda.

Mapa temtico para la representacin de altura piezomtrica



Impresincon controlde escala orotacin delplano

O incluso con opcin de creacin de mapas predefinidos (mbitos de impresin guardados porel usuario para uso posterior) o mosaicos de planos (series de planos destinadas a cubrir reasextensas, generadas de forma ms o menos automtica).

Listado de mapas predefinidos y mosaico de planos seleccionados

Simulacin decierres ycortesprogramados

Para la rpida determinacin del mejor cierre de vlvulas en una actuacin sobre la red (controlde una rotura o sustitucin de algn elemento de la red), y que permite la gestin de cierresprogramados, mediante la comunicacin a los clientes y al centro de control de las maniobrassobre la red que puedan afectar al servicio.

Imagen de la aplicacin de cierres y cortes programados



1.5. Enlaces con otros sistemas

Los SIG pueden enlazar con otros tipos de sistemas, lo que permite multiplicar la potencia y funcionalidad dedichas aplicaciones.

Sistemacomercial

La asociacin ms importante de un SIG es la asociacin con el sistema comercial, que se lleva acabo mediante la georreferenciacin de la posicin de las acometidas o bien de la direccinpostal de los clientes. Esta conexin permite extraer informacin relevante del sistemacomercial, como los consumos de acometida o los individuales, el nmero de clientes (de unpunto, una zona, una tubera,), o el estado de los contratos.

Sistema ERP

Con el sistema de planificacin de recursos de empresa (ERP), las infraestructuras fsicas seenlazan a travs del cdigo de presupuesto, o de las hojas de trabajo de tuberas, vlvulas uotros elementos. Este tipo de referencia se asigna a los elementos fsicos, pero tambin a lasactuaciones de conservacin y las nuevas obras, de manera que todos ellos cuentan con uncdigo de referencia en la gestin de planificacin de recursos.

La conexin con el sistema ERP permite conocer, para cualquier elemento de la red, losmateriales y recursos de obra y los costes, en qu fechas se ejecutaron o se presupuestaron, elestado de la obra y su facturacin, as como datos de roturas, entre otros.

Telemando

La informacin proporcionada por el telemando puede asociarse a los elementos fsicos(contadores, puntos presin, vlvulas, etc.) o las zonas (sectores de consumo, zonas arteriales)del SIG, y emplearse para crear modelos de redes o asociarse a un sistema de alarmasrepresentadas en el SIG.

Centro de control. Fuente: Aguas Andinas

Histricoanlisis decalidad

La informacin asociada a puntos de toma de muestras o sectores puede integrarse con el SIGpara la realizacin de anlisis peridicos o extraordinarios de la calidad del agua de la red.



2. Sistemas de telecontrolLos sistemas de telecontrol son herramientas de monitoreo en lnea con los que la supervisin y elmando de las instalaciones del ciclo integral del agua se pueden realizar a distancia y de maneracentralizada.

Los sistemas de telecontrol facilitan la toma de decisiones y permiten la gestin y la intervencin sobre lasinstalaciones al instante, por lo que ayudan a mejorar la gestin tcnica de las empresas que pertenecen alciclo integral del agua.

Hace unos aos, los sistemas de telecontrol eran solamente sistemas de supervisin de pocos parmetrosque se encontraban en pocas instalaciones, y la informacin que se reciba de este tipo de sistemas no era todolo fiable que se deseaba y en muchas ocasiones los sistemas de telecontrol no se atendan.

Sin embargo, con la mejora del mantenimiento de las instalaciones y el aumento de la confianza en los sistemasde telecontrol, se han ido incorporando elementos de supervisin y, sobre todo, elementos de control, y se haextendido su implantacin en ms instalaciones hidrulicas.

En definitiva, los sistemas de telecontrol han ganado en inteligencia.

Aun as, es importante que los sistemas de automatizacin para el telecontrol tengan modos de funcionamientoalternativos entre s, que habitualmente son cuatro:

Local/Manual El operario da la orden actuando sobre el cuadro elctrico.

Local/Automtico Seguro y sencillo, existe para ser utilizado en caso de emergencia.

Remoto/Manual El operador da la orden de maniobra sobre el PLC o autmata desde el centro de control enun momento determinado.

Remoto/Remoto El autmata tiene programada una lgica de funcionamiento para actuar sin la necesidad deintervencin por parte de ningn operador.



2.1. Estrategia de funcionamiento

El objetivo fundamental de la automatizacin y el telecontrol es que la red hidrulica y los elementos que laconforman funcionen de manera eficiente y ecolgica.

Para ello deben proporcionar seguridad, eficiencia, flexibilidad, informacin, optimizacin conjunta y ecologa.

En la figura se puede ver ms informacin.

Telecontrol y automatizacin

SeguridadDeben garantizar el suministro en todo momento.

EficienciaDeben ahorrar al mximo el consumo de agua, energa y recursos econmicos, y alargar al mximo la vida delas mquinas.

FlexibilidadDeben adaptarse a las condiciones cambiantes del entorno, modificando el funcionamiento del sistema si seproduce un cambio.

InformacinDeben proporcionar la suficiente informacin para conocer el estado de la explotacin.

Optimizacin conjunta de subsistemasLa optimizacin conjunta genera una optimizacin superior que cuando se automatizan sistemas de formaindividual.



EcologaDeben preocuparse por el medioambiente.

2.2. Elementos de un sistema de telecontrol

Un sistema de telecontrol est formado por los siguientes elementos:

Estaciones detelecontrol

Son puntos distribuidos a lo largo de la red hidrulica (puntos remotos) que integran todoslos sensores de los parmetros que se desea supervisar remotamente (presin, caudal, nivelde cloro, conductividad, entre otros), y permiten la actuacin con elementos de la red comovlvulas, bombas o sistemas de dosificacin automtica. Son los ojos y manos de losgestores de la red de distribucin en campo.

Enlace decomunicacin

Establece una va de comunicacin entre las estaciones de telecontrol y el centro de control.De esta forma se pueden enviar rdenes y comandos desde el centro de control hacia lasestaciones de telecontrol, y recibir la informacin procedente de los elementos supervisadosen las estaciones en el centro de control. Puede haber distintos tipos de enlaces decomunicacin integrados en un sistema de telecontrol (comunicaciones radio, GSM, cable,fibra ptica, satlite, entre otros).

Centro de controlSe trata de un elemento central donde, a travs del software SCADA, se vuelca toda lainformacin supervisada y sobre el que se interacta con las estaciones remotas, nosolamente para producir maniobras desde el centro de control (apertura o cierre de vlvulas,puesta en marcha o paro de bombeos), sino tambin para envo de consignas desde elcentro control, por ejemplo, de regulacin de la presin.

Se pueden ver los distintos elementos en el esquema.

Sistema de telecontrol



2.3. Ventajas de los sistemas de telecontrol

Las principales ventajas de los sistemas de telecontrol son:

Supervisin y control de la red hidrulica en tiempo real.lRpida actuacin ante comportamientos irregulares de los sistemas hidrulicos o ante situaciones delemergencia provocadas por fenmenos medioambientales.Reduccin del volumen de agua perdida por roturas y averas debido a la posibilidad de homogeneizarlpresiones y supervisar caudales en tiempo real.Previsin de consumos.lAhorro energtico en los grupos de bombeo debido a la posibilidad de supervisar el consumo de energalreactiva y el rendimiento de las bombas, as como de optimizar el consumo de energa con la discriminacinhoraria o la eleccin dinmica de las fuentes de suministro.Optimizacin de los recursos humanos de la empresa.lMejora del rendimiento tcnico de la red y ahorro de costes.l

Ejemplos

Sistema de funcionamiento automtico de un conjunto debombeo-depsito para la optimizacin del coste de laenerga, basndose en la franja de consumo.

Subida repentina del caudal debido a una rotura. Loscaudales se normalizan tras la reparacin.

2.4. Fases del diseo de un sistema de telecontrol

La implantacin de un sistema de telecontrol exige la realizacin de las siguientes fases fundamentales:

1. Anlisis de la infraestructura hidrulica.

2. Seleccin de las instalaciones singulares que se precisan telecontrolar: captaciones, bombeos, depsitos,



puntos de control de red, bombeos de saneamiento, puntos de control de vertido, etc.

3. Recopilacin de informacin de estos puntos: altura de depsito, contadores de entrada y salida, nmero debombas, potencia de las bombas, presiones, dimetros de las conducciones, etc.

4. Identificacin de los elementos a supervisar y controlar y definicin del funcionamiento dentro de estasinstalaciones: niveles, presiones, caudales, calidad de agua, etc.

5. Estudio de los condicionantes de las estaciones: existe acometida elctrica o caseta?, se dispone deespacio?, etc.

6. Anlisis del sistema de comunicaciones a emplear.

A veces es conveniente realizar la automatizacin en varias etapas e ir evaluando el comportamiento dela red hidrulica, empezando por supervisar la red de distribucin. Una vez se conoce cmo funciona lared, se pueden aplicar diversas etapas de automatizacin, primero de sistemas individuales y luego devarios sistemas en conjunto.

2.5. Elementos a controlar y supervisar

Con un sistema de telecontrol las posibilidades son casi infinitas: es posible controlar y supervisarprcticamente lo que se quiera y como se quiera.

Todas y cada una de las estaciones de control situadas en las diferentes instalaciones de una red dedistribucin cuentan con los siguientes sensores:

Sensor de presencia: Detectan posibles intrusismos (apertura de armarios o presencia en la caseta de lalinstalacin).Rel en acometida: Indica si dispone o no de conexin elctrica.lMedidor de la tensin: Permite conocer el nivel al que se encuentran las bateras del SAI (sistema delalimentacin ininterrumpida).

Por otro lado, cada estacin de control cuenta con elementos de supervisin particulares en funcin de losparmetros a medir y elementos a controlar.



A modo de ejemplo, a continuacin se indican las variables supervisadas en algunas instalaciones de una red dedistribucin.

Captaciones

Los parmetros a supervisar o controlar de cada uno de los elementos de una captacin son:

Bombas: estado (marcha/paro), modo de funcionamiento (local/remoto), parmetros elctricos (tensiones,lcorrientes, energas, potencias, entre otros). Se pueden controlar para ponerlas en marcha o pararlas.Sonda de nivel: nivel del sondeo. Permite conocer tanto el nivel esttico del agua y su evolucin en ese pozo,lcomo el nivel dinmico (nivel de cuando las bombas se ponen en marcha). Es un parmetro importante quesirve para ver el estado del acufero.Contadores mecnicos o caudalmetros electromagnticos: volumen o caudal de agua que estlaportando el bombeo a la red y que se extrae del pozo.Sensor de presin: presin en la impulsin. Un fallo de presin o una presin anmala cuando el bombeolest en funcionamiento indica que existen problemas en la bomba, o bien que hay problemas en la aspiracino en la impulsin.Sonda de calidad de agua: pH, turbidez, conductividad, entre otros. Dependiendo de las caractersticas dellacufero, se elige qu parmetros se quiere vigilar.

Visualizacin del SCADA de una captacin subterrnea



Depsitos

Los elementos propios para el control de un depsito son:

Vlvula motorizada o hidrulica: regulacin de la entrada de agua en funcin del nivel del depsito.lSensor de presin: presin de entrada al depsito.lSensor de nivel: nivel de agua del depsito.lContadores mecnicos o caudalmetros electromagnticos: volumen de agua o caudal que sale delldepsito.Boyas: regulacin del volumen de agua entrante en funcin del nivel.lBomba dosificadora: dosificacin de hipoclorito sdico.lAnalizador de cloro: concentracin de cloro en el agua del depsito.l

Elementos para el telecontrol de un depsito

Visualizacin del SCADA de un depsito



Impulsin

Los elementos propios para el control del sistema de impulsin son:

Vlvula: Regulacin de la entrada de agua por aceleracin o by-pass.lSensores de presin: Presin de aspiracin y presin de impulsin.lSistema antiariete: Regulacin del llenado o vaciado de los antiarietes para amortiguar los transitorios delpresin que puedan existir en la aspiracin y la impulsin.Variador de frecuencia: Regulacin de la velocidad de giro de las bombas a partir de la presin de consigna.l

Visualizacin del SCADA de una impulsin

Punto de control de red

Fundamentalmente, en los puntos de control de red que forman parte de subsistemas de sectorizacin sesupervisan y controlan los parmetros de los siguientes elementos:

Contador: Volumen de agua que est entrando en un sector.lVlvulas de regulacin: Regulacin de la presin aguas abajo.lPunto de anlisis: Concentracin de cloro, entre otros.l



Visualizacin del SCADA de un punto de control de red

Esquema de un punto de control de red



2.6. Componentes de las estaciones de telecontrol

Una estacin remota de telecontrol est formada por los componentes que se indican en la figura.

Es posible encontrar estaciones de telecontrol ms simples, que no estn formadas por autmatas, porejemplo, en situaciones en las que hay restricciones econmicas, de espacio o simplemente cuando sedesea supervisar una variable muy especfica.

Componentes de una estacin detelecontrol

1. Subsistema de comunicaciones: formado por un equipo de radioconvencional con un mdem radio.

2. Sistema de alimentacin o subsistema de alimentacin: incluye unsistema de alimentacin alternativa para seguir enviando informacin al centrode control si falla la acometida elctrica.

3. Cuadro de visualizacin de maniobras del telecontrol: en este caso, esuna pantalla alfanumrica conectada al autmata que permite introducir valoresde consigna a la estacin remota o visualizar las variables que est registrandola estacin remota.

4. Cuadros de visualizacin de la instrumentalizacin: incluyen todos lossensores que se estn supervisando en ese punto. Es probable que dispongande visualizadores para visualizar en campo las variables que se envan al centrode control. Tambin cuentan con un display donde se puede ver la variable quese est midiendo con los sensores.

5. CPU del autmata: en ella se conectan los elementos de visualizacin y de actualizacin, los programas delgica de funcionamiento, y el elemento que enlaza con el mdulo de comunicaciones. En definitiva, es elcomponente que tiene la inteligencia de la estacin.

6. Tarjetas de entrada/salida del autmata: a travs de las cuales entran los datos procedentes de lossensores hacia el autmata (entrada) o salen las rdenes hacia los diferentes elementos (salida).



3. Modelos hidrulicosUn modelo matemtico aplicado a la hidrologa es un sistema que sirve para simular elcomportamiento de la red y permite obtener informacin de su funcionamiento (actual o hipottico), sinnecesidad de observar la red real.

Entradas y salidas de un modelo hidrulico

Las funcionalidades ms destacadas de un modelomatemtico son las siguientes:

Diagnstico de redes existentes.lExplotacin de las infraestructuras existentes:lanlisis de maniobras y operaciones que se puedenefectuar sobre las mismas.Diseo de nuevas redes.l

3.1. Utilidad de los modelos matemticos

La utilidad de los modelos matemticos reside en dos caractersticas principales:

Conocimiento de lared

Al introducir los datos numricos o grficos en la aplicacin se construye un compendiodel conocimiento de la red, ya que en una misma aplicacin se recoge la estructura ylos datos de todos los elementos significativos o funcionales de la red, adems de loscaudales inyectados y consumidos, y las consignas y operaciones de vlvulas y bombeos.

Resultados Permite obtener respuestas referentes a los elementos de la red. En la tabla se puede veralguna informacin de la que se puede extraer de un modelo matemtico.



Elemento Magnitud Informacin

Tuberas

Caudal Por dnde circulan los mayores o menores volmenes de agua?

Velocidad Se est trabajando en un rango adecuado de velocidades, o es demasiado rpido(prdidas de carga y ruidos) o lento (problemas de calidad)?

Prdidas unitarias

La tubera est introduciendo ms prdidas de carga de las razonables? Este sueleser uno de los indicadores ms directos para la remodelacin de la red y/o lasustitucin de tramos.

Identificacin de prdidas unitarias elevadas

Nodos

Presin Cundo y dnde la presin es crtica? Cundo es excesiva? Cundo es inferior a lodeseado?

Alturapiezomtrica

De qu energa potencial disponemos? La presin piezomtrica permite analizar laevolucin de la presin en el sistema con independencia de los desniveles delterreno, y se relaciona directamente con las prdidas de carga.

Mapa de presiones piezomtricas visualizado en GIS



Elemento Magnitud Informacin

Otroselementos

Actuacin de lasvlvulasreguladoras

Estn trabajando en un momento dado? Estn abiertas o cerradas? La consignaes la adecuada?

Comportamientode los depsitos Cul es el nivel en cada instante? Se estn vaciando o se estn llenando?

Bombeos Cul es el rgimen de funcionamiento? Cul es el nivel de optimizacin? Cul esel consumo energtico esperado?

General Calidad del aguaCul es el tiempo de permanencia del agua en la red? Cmo evoluciona laconcentracin de cloro? Qu ocurre en determinados episodios de contaminacin?Esto ltimo permite disear acciones preventivas o analizar la proporcin deprocedencias del agua en la red.

Ejemplos de informacin que se pueden extraer de un modelo matemtico

3.2. Situaciones de aplicacin de un modelo matemtico

Las situaciones ms tpicas en las que se debe considerar la aplicacin de un modelo matemtico son lassiguientes:

Anlisis de la bondad yel comportamientoactual de la red

Un modelo matemtico permite localizar puntos dbiles de la red: presionesexcesivas, prdidas de carga elevadas, presiones bajas para el estndar de servicio,entre otros. Todos estos indicadores permiten priorizar aquellos lugares en los quese deben realizar renovaciones con mayor urgencia.

Estudio de actuacionesEs posible simular, mediante un modelo matemtico, cualquier actuacin posible oprevista. Estas actuaciones incluyen tanto actuaciones temporales, debidas acausas relacionadas con la operacin de la red (cierres, taponamientos, entre otros),como modificaciones de la misma, orientadas habitualmente a mejorar sufuncionamiento (sustituciones, mallado, entre otros).

Diseo de nuevas redesEs un caso especial (y habitual) de aplicacin, ya que es una de las situaciones en lasque es prcticamente obligado realizar una modelizacin previa que permita validarel diseo y considerar opciones alternativas. A diferencia de los casos anteriores, eneste la distribucin de consumos y su comportamiento temporal suelen estarcompletamente basados en hiptesis.

3.3. Programas de modelizacin

Los programas de modelizacin consisten en aplicaciones informticas para la generacin de modelosmatemticos.

Existen multitud de programas comerciales que incorporan herramientas diversas, como la simulacin de



fugas, la calibracin semiautomtica o la simulacin de escenarios diferentes, la integracin con sistemas detelecontrol o la optimizacin energtica.

En este apartado se estudia el simulador EPANET, un programa de modelizacin ampliamente utilizadodebido a su carcter de estndar de facto y a su fcil y libre acceso.

El simulador EPANET fue creado por la Agencia de Medio Ambiente de Estados Unidos (EPA) en 1993, y se haconvertido en un estndar de modelizacin hidrulica gracias a su carcter gratuito, por lo que prcticamentetodos los sistemas comerciales disponibles tienen asegurada la compatibilidad con este programa y utilizanbsicamente el mismo esquema de modelizacin de la red.

Elementos de una red en el simulador EPANET

En EPANET, los elementos de una red se puedenrepresentar como lneas o nudos:

Lneas: representan tuberas, bombas y vlvulas.lLas bombas y las vlvulas se representan comolneas de longitud nula.Nudos: representan puntos de consumo del agual(nudos de demanda), puntos de entrada de agua(nudos de suministro de la red) y depsitos oembalses (nudos de almacenamiento).



4. Sistemas de ayuda a la explotacin de datos

Problemtica de gestin de los datos de telecontrol

Los sistemas de telecontrol pueden llegar a abarcarun gran nmero de seales, especialmente enexplotaciones medianas y grandes, o en explotacionesque presentan un nivel de implantacin avanzado. Sinembargo, los software tipo SCADA no estn orientadosa realizar anlisis complejos con los valoreshistricos de estas seales.

Por otra parte, en muchas ocasiones los datosrecibidos por el telecontrol deben relacionarse coninformaciones procedentes de otras fuentes parallevar a cabo los anlisis requeridos por la gestin,tales como el balance hidrulico, el rendimiento de lossectores o la calidad del servicio. Entre estas fuentesse encuentran:

Las medidas no teleledas: por ejemplo, procedentes de contadores sujetos a lectura manual.lLos datos que residen en otro sistema: por ejemplo, de GIS, sistema de informacin comercial.l

Informe SAED de rendimiento por sectores con datos procedentesde distintos orgenes

En este contexto aparecen los sistemas de ayudaa la explotacin de datos o sistemas de ayudaa la toma de decisiones, herramientas quepermiten resolver las necesidades de anlisis yampliar la funcionalidad de los SCADA.

Los sistemas de ayuda a la explotacin de datospermiten definir agrupaciones de variables parahacer informes complejos, mezclando distintoselementos o distintos puntos de la red relacionadosentre s.

Por ejemplo, es posible hacer agrupaciones decaudales para comparar o analizar el consumo deun sector, sumando y restando los caudales deentrada y de salida. Tambin se puede haceragrupaciones de presin para evaluar la calidaddel suministro en un sector o en una zona de laciudad y ver si ha habido incidencias en las cuales lapresin haya sido inferior a la habitual.



Adems, el uso de estos sistemas permite la automatizacin de la redaccin de informes y deprocedimientos de control, para lo cual, el sistema gua al usuario en la consulta de informes y validacin dedatos.

Finalmente, estos sistemas pueden mostrar la informacin mediante un portal web, de manera que no esnecesario hacer ninguna tarea especial para trasladar informacin al responsable superior: en cualquiermomento el responsable puede acceder al portal web y consultar los informes almacenados previamente. Elenlace a estos informes puede ser enviado va e-mail de forma automatizada.

A continuacin se muestran dos ejemplos de sistemas de ayuda a la explotacin de datos: el sistema de controltcnico de explotacin (CONTEC) y el sistema experto de gestin de activos (METRAWA), ambos desarrolladospor Aqualogy.

Envo automatizado de informes

4.1. Sistema de control tcnico de explotacin (CONTEC)

El sistema de control tcnico de explotacin, CONTEC, surgi por la necesidad de organizar la lectura de datosy los datos de control de la explotacin, hasta entonces registrados y almacenados manualmente, pero tambinpor la necesidad de gestionar el mantenimiento.

CONTEC permite organizar toda la informacin con un criterio comn, y que la informacin estcompartida y sea accesible por los distintos departamentos o reas dentro de una misma empresa.

En CONTEC se definen los elementos que componen una instalacin. Estos elementos, al mismo tiempo, sepueden organizar por recintos para saber dnde estn ubicados los elementos; y estos recintos a su vez seorganizan en instalaciones. Finalmente, es posible definir tambin el sistema hidrulico global.



Los anlisis o controles de mantenimiento se pueden aplicar sobre las instalaciones o recintos, y tambines posible realizar anlisis globales de suministro o de la red en el sector hidrulico definido.

En el anlisis de carcter global se pueden tener en cuenta tanto lecturas tomadas manualmente como lecturasobtenidas del sistema de telecontrol. Es importante destacar que estas lecturas son diarias, con lo cual, estpensado para anlisis de rendimientos generales, es decir, para conocer los estados de la explotacin.

Agrupaciones y ajustes de CONTEC (arriba) e integracin de datos manuales y de telecontrol (abajo)

4.2. Sistemas expertos de gestin de activos (METRAWA)

METRAWA es una aplicacin web para la gestin ptima de redes de abastecimiento mediante un sistema degestin experto de toma de decisiones multicriterio en lo referente a renovacin y rehabilitacin de redes deagua potable.

La herramienta permite el anlisis y diagnstico de redes de agua potable en base a diferentes criterios yanlisis (edad, tasa de fugas, tiempo ptimo de renovacin, anlisis hidrulico, entre otros) para laoptimizacin de las inversiones de rehabilitacin y mantenimiento de dichas redes.



Pantalla principal de METRAWA

Esquema conceptual de METRAWA

A medio plazo, METRAWA ayuda a:

la priorizacin en la renovacin de redes delabastecimiento,la optimizacin de la gestin de bsqueda delfugas.

A largo plazo, METRAWA ayuda a:

la adecuacin y optimizacin de las inversioneslsegn los niveles de servicio,la preparacin de fondos de renovacin,lla realizacin de estudios de tarifas y estudioslde renovacin de contratos.

En la figura se puede ver un esquema conceptual deMETRAWA.



La informacin de entrada que METRAWA necesita para realizar sus clculos se obtiene principalmente del SIG.Principalmente, esta informacin es la siguiente:

Tuberas: dimetro, fecha de instalacin, material, longitud.lFugas: elemento sobre el que se produjo, origen (natural o provocada), fecha de aparicin.l

Se destaca la importancia de las fugas, ya que a partir de estas se pueden obtener las curvas de tasa de fallopor km/ao para diferentes familias de tuberas.

Evolucin red para inversin creciente (arriba) y curva de tasa de fugas (abajo)



ConclusionesA modo de resumen, la informacin que debe tenerse en cuenta en este mdulo es la siguiente:

Los sistemas de informacin geogrfica (SIG) permiten consultar datos de una red de distribucin, adems della elaboracin de estadsticas o inventarios, entre otras funciones ms complejas. Sin embargo, lacaracterstica ms importante de los SIG es la posibilidad de compartir informacin con otros sistemas, comoel sistema comercial, el sistema de planificacin de recursos de empresa o el telemando.Los sistemas de telecontrol permiten supervisar prcticamente todos los parmetros presentes en una red deldistribucin, as como actuar sobre los diferentes elementos que la componen. Por ejemplo, permiten laregulacin de la presin, el control de las bombas, la supervisin de los niveles de los depsitos, o el controlde la calidad del agua, entre otros.Los modelos hidrulicos permiten obtener un amplio conocimiento de la red de distribucin, y sonlespecialmente aconsejables en aquellas situaciones en las que interesa analizar la bondad y elcomportamiento actual de la red, o bien cuando se desea estudiar las posibles consecuencias de accionesfuturas o de acciones previstas.Los sistemas de ayuda a la decisin, como CONTEC o METRAWA, permiten la agrupacin de datos de fuentesldiferentes con el objetivo de resolver las necesidades de anlisis derivadas de la gestin de una red dedistribucin, como por ejemplo los anlisis o controles de mantenimiento, los anlisis globales de suministro olos anlisis de renovacin y rehabilitacin de las redes.



Glosarioantiariete m Sistema destinado a regular la distribucin de agua en un rango de presiones determinado. Paraello cuenta con los automatismos necesarios que permiten su puesta en marcha y paro. Tambin permiteatenuar golpes de ariete.en surge tank, surge alleviator

autmata programable m Aparato electrnico programable por un usuario automatista y destinado agobernar dentro de un entorno industrial, mquinas o procesos lgicos secuenciales.Fuente: Glosario Tcnico Multimedia (Instituto de Tecnologas Educativas, Ministerio de Educacin de Espaa)sin. autmata, PLCen programmable logic controller (PLC)

cartografa f Conjunto de documentos representativos de un territorio que incluyen mapas, modelos, atlas,modelos digitales del terreno, ortofotos y ortoimgenes de satlite, modelos tridimensionales y las bases dedatos georreferenciados, entre otros.

centro de control m Elemento central de un sistema de telecontrol en el que se vuelca toda la informacinsupervisada en las estaciones de telecontrol y desde el que se interacta con ellas.en control center

CPU (unidad central de proceso) f Unidad donde se interpretan y ejecutan las instrucciones de losprogramas en los sistemas programables.en central processing unit (CPU)

EPANET m Programa de simulacin de una red de distribucin desarrollado por la agencia americana del medioambiente, Environmental Protection Agency (EPA). Permite el anlisis de sistemas de distribucin de aguapotable.

estacin de telecontrol m Punto de la red de distribucin de agua potable en el que se sita el conjunto deelementos destinados a la supervisin de los distintos parmetros de la red, as como a la actuacin sobre loselementos de la red.en remote terminal unit

georreferenciacin m Localizacin de un objeto espacial en un sistema de coordenadas y al que se asocia unainformacin determinada.en georeference

GSM m Sistema global para las comunicaciones mviles, que permite la conexin a Internet y otras funcionesde transmisin de datos, a travs del telfono mvil.en global systemfor mobile



modelo matemtico (de una red de distribucin) m Descripcin de una red de distribucin mediante el usode lenguaje matemtico.sin. modelo hidrulico

programa de modelizacin m Aplicacin informtica para la simulacin matemtica del comportamiento deuna red de distribucin y que permite obtener informacin de su funcionamiento, actual o hipottico, sinnecesidad de observar la red real.en modeling program

rster (dato) adj Tipo de dato de entre los que se gestionan en un SIG, en el que la realidad se presentamediante una cuadrcula formada por filas y columnas, en la que cada celda contiene un nico valor deinformacin.en raster

rel m Dispositivo automtico que funciona como un interruptor y que puede utilizar diversas tecnologas, queest destinado al mando de circuitos auxiliares.en relay

SCADA m Sistema de control industrial que captura y enva informacin predefinida a un centro de control entiempo real de los diferentes parmetros de una explotacin.en supervisory control and data acquisition (SCADA)

sensor m Dispositivo que mide una cantidad fsica y la convierte en una seal que puede ser leda por unobservador o electrnicamente por un instrumento.en sensor

servicios OGC m Conjunto de datos espaciales compartidos, y que facilitan el acceso a la informacin espacial,fomentando el uso de la informacin y su integracin a travs de Internet.en OGC services

sistema de alimentacin ininterrumpida m Sistema que proporciona alimentacin continuada en caso deque se produzca un fallo de alimentacin elctrica general.sigla SAIen uninterruptible power supply (UPS)

sistema de informacin geogrfica m Conjunto integrado de medios y mtodos informticos, capaz derecoger, verificar, almacenar, gestionar, actualizar, manipular, recuperar, transformar, analizar, mostrar ytransferir datos del mundo real espacialmente referenciados a la Tierra.Fuente: Instituto Geogrfico Nacional, Gobierno de Espaa.sigla SIGen geographyc information system (GIS)

sistema de planificacin de recursos de empresa m Sistema de informacin para la automatizacin de las



actividades operativas o productivas de una empresa.sigla ERPen enterprise resource planning (ERP)

tableta digitalizadora f Perifrico que permite al usuario introducir grficos o dibujos a mano.en graphics tablet, digitizer

TIN (triangulated irregular network) f Tipologa de datos vectoriales de un SIG consistentes en larepresentacin de las superficies a partir de nodos y lneas de coordenadas tridimensionales (x,y,z), dispuestosen una red de tringulos que no se superponen.sigla TIN

variador de frecuencia m Dispositivo electrnico que permite adaptar la velocidad de giro de un motor a lascondiciones de funcionamiento requeridas.en variable-frequency drive (VFD)

vectorial (dato) adj Tipo de dato de entre los que se gestionan en un SIG, que est compuesto por puntos,lneas o polgonos.en vector



BibliografaLibros:

Instituto Superior del Medio Ambiente. Manual de GIS aplicado a la gestin ambiental con Arcgis 9.3.Disponible en: http://www.comunidadism.es/herramientas/manuales/manual-de-gis-arcgis-9-3

Mandado, E.; Marcos, J.; Fernndez, C. (2009). Autmatas programables y sistemas de automatizacin. Ed.Marcombo.

Olivares, R.; Collado, J. (2010). Sistemas de informacin de agua potable y saneamiento: reflexiones torno aun seminario de anlisis (Asociacin Nacional de Empresas de Agua y Saneamiento de Mxico, A.C.). Disponibleen: http://www.aneas.com.mx/contenido/SistInfAPyS.pdf

Rodrguez, A. (2007). Sistemas Scada (3. ed., 472 pg.). Coedicin: Alfaomega Grupo Editor, Marcombo.

Rossman, L. Manual de EPANET 2.0 (traduccin espaol). Disponible en:http://www.instagua.upv.es/epanet/descargas/manualepanetv2e.pdf

Shekhar, S.; Xiong, H. (2008). Encyclopedia of GIS.Springer.

Artculos

Gomes, R.; Marques, A.; Sousa, J. (2012). Decision support system to divide a large network into suitableDistrict Metered Areas. Water Science and Technology (vol. 65, nm. 9, pg. 1667-1).

Mena, C.; Ormazbal, Y.; Llanos, J. L.; Daz, J. (2007). Desarrollo de un sistema de informacin geogrficapara mejorar la gestin del agua de riego del Embalse Convento Viejo, Chile. Agricultura tcnica (vol. 67, nm.1, pg. 49-59). ISSN-e 0365-2807

Oloruntoba, E. O. (2008). Use of geographic information system in the assessment of bacteriological qualityand sanitary risk factors of household drinking water sources in Ibadan, Nigeria. Journal of Water SupplyResearch and Technology-Aqua (vol. 57, nm. 8, pg. 607-614).

Perez, J.; Roger, A.; Noheda, E.; Zoti, P.; Cubillo, F. (2012). Geographic Information System (GIS),leakage detection, mathematical modeling project for the Cn validation of the investment planning at Valles delTuy adduction water network (Venezuela). Water Science and Technology: Water Supply (vol. 5, nm. 3-4, pg.289-294).

SOFREL (2012). Centralizacin cloudcomputing de la informacin generada por la sectorizacin de las redes



de distribucin de agua potable. Tecnologa del agua (nm. 343, pg. 62-66). ISSN 0211-8173

Introduccin1. Sistemas de informacin geogrfica2. Sistemas de telecontrol3. Modelos hidrulicos4. Sistemas de ayuda a la explotacin de datosConclusionesGlosarioBibliografa

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