La Metrología de caudal en el Canal de Isabel II gestión

Ángel M. García de La Chica
Francisco Javier Fernández Delgado
Víctor Martín López
Área de Metrología, Subdirección de Telecontrol, Canal de Isabel II gestión.

Resumen:

Este artículo describe como Canal de Isabel II Gestión S.A. controla un sistema capaz de suministrar agua con la calidad y cantidad requerida a una población de más de seis millones de personas. Se describe el funcionamiento del Centro de Control, cómo se detectan incidencias en las infraestructuras de abastecimiento y saneamiento, y cómo se maximiza la eficiencia de las redes. Igualmente se indica la necesidad de la sectorización en un abastecimiento de las características de Canal Gestión. Por último, se destaca la importancia de asegurar la calidad de las medidas de los instrumentos instalados, tanto en la red como en las acometidas de los clientes.

Abstract

This article describes how Canal de Isabel II Gestion S.A. controlled a system able to provide water with the established quality required to more than six millions of people. Also describes the way to procedure of Principal Control Center, how the company detects the incidences in the net of providing water to human consump and also in the sewage system and how Canal Gestion try to rise the maximum efficiency in the supply. We indicate the importance of sectorization in a water supply like the Canal Gestion is. At last in this article is noted the importance to have a good metrology in the net and supply instruments.

Introducción

Empresa

El Canal de Isabel II fue creado en 1851, siendo la reina Isabel II y el presidente del Consejo de Ministros, Juan Bravo Murillo. En el Real Decreto de su creación se disponía la construcción de un canal de más de 70 km desde el rio Lozoya. Siete años más tarde el 24 de Junio de 1858 tuvo lugar la inauguración de la llegada de las aguas a la ciudad de Madrid (figura 1) [1].

Figura 1. Llegada de las aguas a Madrid, 1858

Los principios que motivaron su creación, hace más de 160 años, siguen estando plenamente vigentes: “Garantizar a todos nuestros clientes el suministro de agua presente y futuro, tanto en cantidad como en calidad, con la decidida vocación de satisfacer sus expectativas, contribuyendo a la protección y mejora del medio ambiente en beneficio de toda la sociedad”. Este compromiso se traduce, entre otras cosas, en la realización de una gestión sostenible del agua como recurso limitado, para lo que las medidas y la gestión realizada desde el Centro de Control tienen un papel fundamental, tal como se pondrá de manifiesto en este artículo.

Canal de Isabel II Gestión (Canal Gestión) gestiona el ciclo integral del agua de la Comunidad de Madrid, es decir se ocupa de: la captación, el tratamiento, el control de calidad, la distribución, el saneamiento y la depuración para su reutilización o devolución a los cauces de los ríos, (figura 2) [2].

Figura 2. Ciclo integral del agua.

Las grandes cifras actuales de Canal Gestión en la Comunidad de Madrid, son las siguientes [2]:

Figura 3. Embalses y presa del Atazar

Figura 4. Estaciones de tratamiento y estación de tratamiento de Colmenar

Figura 5. Red de transporte y canal del Atazar durante un mantenimiento

Centro de control [3]

Tal como se ha indicado anteriormente, la complejidad de la gestión del agua en la Comunidad de Madrid, con un gran número de embalses, pozos, grandes canales, plantas de tratamiento, depósitos, elevadoras y arterias de distribución, exige poder conocer el estado de cualquier instalación en todo momento. El sistema de control aporta ese conocimiento y control en tiempo real de lo que está ocurriendo en las infraestructuras, además de actuar como fuente de información que, analizada a posteriori, constituye un activo de gran valor para la mejora en la gestión.

Sus principales objetivos son los siguientes:

• Supervisar el estado de la infraestructura hidráulica y técnica
• Atender las alarmas, avisos e incidencias que se producen en el servicio
• Dar las órdenes para la gestión del sistema de abastecimiento

Para cumplir los objetivos mencionados, el sistema de control dispone de los elementos siguientes (figura 6):

Figura 6. Representación gráfica del Centro de Control de Canal Gestión

• Captación de la información de las instalaciones hidráulicas mediante una red de captadores, que transforma la magnitud física (caudal, presión, etc.) en una señal digitalizada.
• Transmisión de la información desde el punto de captación de la misma hasta el centro de control y operación del sistema hidráulico.
• Presentación de la información en el Centro de Control a un operador, o grupo de operadores, de forma amigable y organizada (en general se refleja en esquemas hidráulicos), para que estos puedan tener una visión global del sistema y posibilite la rápida toma de decisiones.
• La información está disponible para cualquier empleado autorizado desde su puesto de trabajo.

Captación de la información

La captación de la información se realiza mediante una serie de sensores que, agrupados en estaciones, se encargan de medir determinados parámetros.

Los sensores son dispositivos electrónicos encargados de medir una magnitud física (caudal, velocidad, presión, etc.) y convertirla en una corriente eléctrica, que una vez conectado al elemento de control local la digitalizará para enviarla al Centro Control del sistema. Canal Gestión tiene monitorizado más de 19.000 instrumentos para medida de:

• Niveles de embalses y depósitos
• Caudales
• Presiones
• Posición de válvulas
• Calidad: pH, conductividad, cloro, amonio, nitritos, turbidez
• Parámetros eléctricos.
• Sensores de estado: tales como marcha o paro bombas, avisos de nivel, válvula abierta o cerrada etc.

Figura 7. Ejemplo de caudalímetros de control de gran diámetro

Las señales de los equipos de medida se agrupan en las más de 1.600 estaciones remotas, para su trasmisión al Centro de Control, figura 6. La Figura 7 muestra un caudalímetro en un punto de la red de distribución. La información de cada uno de los sensores de los instrumentos de medida se transmite a uno de los 106 nodos de comunicaciones tal como se muestra en la figura 8 [3].

Figura 8. Sistema de comunicaciones de la red de Canal Gestión

Presentación y análisis de la información en el Centro de Control

Finalmente, en el sistema de control se concentra toda la información recibida desde las Estaciones Locales, se realiza el tratamiento específico de la misma y se presenta, por medio de esquemas hidráulicos, a los usuarios del sistema, que establecen un diálogo interactivo con la información reflejada, tanto para realizar labores de supervisión como para desencadenar las acciones de mando sobre el sistema (Telemandos).

El sistema de control se compone de una plataforma hardware y una plataforma software. La presentación de la información se realiza mediante un programa SCADA. En la figura 9 se muestra ejemplos de monitorización que el operador puede seleccionar en el SCADA.

Figura 9. Ejemplo de datos que proporciona el SCADA

De esta forma, se puede conocer, en tiempo real, como están todas las infraestructuras de la empresa. Mediante un sistema de gestión de alarmas se pueden detectar de una forma rápida los problemas que se puedan estar produciendo en la redes, lo cual redunda en una actuación rápida y, a la postre, en un servicio de alta calidad.

Aunque el sistema puede ser utilizado por más de 900 personas en diversos dispositivos, es en el punto neurálgico de la empresa, el Centro de Control, donde se concentran las funciones más avanzadas. En él se procesan las alarmas por parte de los operadores, se analizan los datos en tiempo real y se toman y ejecutan decisiones por medio de telemandos.

Las alarmas no siempre derivan de un potencial problema hidráulico o de calidad. En muchas ocasiones son indicativas de un funcionamiento anómalo de los sensores, sus sistemas de alimentación o las telecomunicaciones. O sencillamente un gran evento que deriva en un patrón de consumo anómalo. A modo de ejemplo, en la figura 10 se muestran los consumos durante la boda del actual Rey de España, comparándola con los consumos obtenidos en el sábado anterior.

Figura 10. Histograma de demanda de agua por horas

La metrología de caudal

Tal como se ha indicado anteriormente, Canal de Isabel II Gestión tiene el compromiso de realizar una gestión sostenible de agua, con lo que es fundamental maximizar el porcentaje del agua que se deriva de las fuentes de suministro y se registra en los contadores de los clientes.

Para medir este porcentaje, el sistema de control es una pieza clave. Para medir este objetivo y poder evaluar una mejora, no es suficiente una medida de una variación de un caudal, es necesario exactitud en la medida, es decir, aplicar METROLOGíA.

La función de los caudalímetros de control de red se explica en el esquema de la figura 11. Si C1, C2, C3 y C4 son caudalímetros de control, en el que C1 es el caudalímetro instalado en la salida del depósito regulador, se tiene que cumplir las relaciones siguientes:

y así sucesivamente en todos los puntos de la red de distribución. De esta forma, se obtiene un sistema de ecuaciones que tiene que ser coherente. Pero, para ello, los caudalímetros tienen que tener unos errores e incertidumbres conocidas y coherentes con las magnitudes que se desean medir. En segundo lugar, se debe disponer de un nivel de redundancia en la medida que permita asegurar la calidad de los datos captados. Esta técnica se conoce como validación por medio de balances hídricos. Para ello, es necesario que los caudalímetros monitorizados estén en todos los puntos de la red que permitan hacer estas operaciones.

Balances hídricos

Llegados a este punto, se dispone, por un lado, de los balances de toda la red que está tele-controlada con los caudalímetros que se han indicado anteriormente. Por otro lado, la suma de los consumos registrados en los más de 1.400.000 contadores de los clientes. Es objetivo de cualquier suministro que los valores de ambos consumos estén muy próximos. Pero para que esto ocurra es necesario asegurar la calidad de las medidas de caudalímetros y contadores, para lo que hay establecidos unos criterios que se indican en el siguiente apartado.

Figura 11. Ejemplo de balance h&iaacute;drico

Pero en una red tan grande como la de Canal Gestión, si se tratara esta información sólo a nivel global, cualquier acción de mejora que se tomara requeriría años para evaluar los resultados.

Para mejorar la gestión de las redes, se dividen en sectores [8]. Cada sector tiene un conjunto reducido de entradas y salidas controladas por caudalímetros con lo que se puede hacer un balance hídrico en cada sector (figura 12). Si el balance se separa sensiblemente del valor establecido como objetivo para cada sector, se detectan las causas de la desviación (a modo de ejemplo, problemas en los equipos de medida, fugas o fraudes), y se toman las medidas adecuadas para devolverlo al punto deseado. Además, la sectorización permite realizar una mejor gestión de presiones, es decir bajar la presión en las horas de menor consumo para minimizar las fugas.

Figura 12. Ejemplo de un sector con su historial de consumo

Para realizar los balances hídricos en los sectores se tienen las dificultades siguientes:

• Mientras que la información del caudalímetro de entrada al sector es en tiempo real, no es así la lectura de los contadores que se realiza cada dos meses.
• Es fundamental la calidad de las medidas del caudalímetro del sector y de los contadores.

Para asegurar la calidad de las medidas, los contadores y caudalímetros se ensayan en el Laboratorio de Metrología de Canal Gestión, acreditado por ENAC, figura 13, con los criterios que se indican en el siguiente apartado.

Figura 13. Laboratorio de contadores y caudalímetros de Canal de Isabel II Gestión S.A.

Criterios para la aceptación de contadores y caudalímetros

Caudalímetros de los sectores:

Los caudalímetros menores que DN 300 se ensayan en el laboratorio de verificación de Canal Gestión antes de su instalación (figura 14). El ensayo se realiza teniendo en cuenta las siguientes pautas:

Figura 14. Verificación de un caudalínmetro de red

• Las aplicables a la normativa de contadores para un diámetro equivalente.
• El rango de caudales que se producen en el sector, en función de los datos históricos que se obtienen del Centro de Control.

Para analizar los resultados, los criterios que se utilizan son los siguientes, [5]:

• Tras los ensayos, se dispone del dato de los errores para cada caudal que se puede emplear en el ajuste de los balances hídricos que se han comentado en anteriores apartados.
• El error debe ser inferior al 1% en los caudales habituales de utilización.
• El caudalímetro no debe mostrar sesgo hacia errores positivos o negativos

A veces son necesarias verificaciones periódicas de los caudalímetros de red. En caso de que los balances hídricos ofrezcan alguna duda sobre el funcionamiento del caudalímetro del sector, dicho caudalímetro se vuelve a ensayar en el laboratorio.

Contadores de los clientes:

Para asegurar la calidad de las mediciones de los contadores que se instalan en nuestros clientes, los contadores se verifican en el laboratorio antes de su instalación, por muestreo para contadores inferiores a diámetro 50 mm y todos los contadores iguales o superiores a 50 mm.

Se utilizan los criterios siguientes:

• Los contadores deben cumplir lo indicado en la directiva MID [7].
• Si no se dispone de la historia del modelo de contador, se ensayan, además de los caudales que se indican en la MID, en dos caudales más, dentro del rango de mayor utilización del contador.
• Se comprueba la ausencia de sesgo.
• Se los somete a un proceso de envejecimiento para comprobar que sus características metrológicas continúan dentro de la directiva MID [7].

Los resultados del año 2013, se muestran en las tablas de la figura 15. [9]

Figura 15. Evolución anual en % de contadores rechazados para contadores domésticos y comunitarios

Conclusiones.

Del presente artículo se pueden extraer las conclusiones siguientes:

• Para la gestión sostenible y eficiente de un abastecimiento de las características de la Comunidad de Madrid es fundamental disponer de un sistema de control que permita conocer el estado de cualquier instalación en tiempo real y gestionar las infraestructuras en todo momento con unos elevados niveles de seguridad y calidad en el servicio. Cuanta más información disponga el Centro de Control mejor será la gestión de las infraestructuras.

• El dividir el abastecimiento en sectores es indispensable si se quiere optimizar la gestión del abastecimiento mediante el control de pérdidas, la gestión de presiones y la evaluación de las acciones de mejora.

• Es fundamental asegurar la calidad de las medidas de los instrumentos que miden caudal o volumen consumido. A la vista de los resultados, es necesario disponer de procedimientos que aseguren la correcta medición de los instrumentos de medida instalados, mediante ensayos que aseguren la calidad en la compra de los equipos, verificaciones periódicas para estudiar su evolución y predecir su duración dentro de los límites aceptables.