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Cinvestav trabaja en tecnología para localizar fugas en tuberías

Investigadores del Cinvestav Guadalajara, en México, desarrollan algoritmos de cómputo para encontrar la ubicación de una fuga de agua en tuberías, mediante técnicas de diagnóstico de fallas. Suponen que en un futuro cuando la tecnología sea perfeccionada se podrá emplear en la identificación de escapes en acueductos y posiblemente en oleoductos y poliductos.

(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)

Investigadores del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav Unidad Guadalajara) trabajan en el desarrollo de un sistema basado en algoritmos computacionales capaces de localizar una fuga de agua en tuberías.

Cinvestav trabaja en tecnología para localizar fugas en tuberías

Bajo el título “Localización de Fugas en Tuberías Transportando Agua a Presión”, el trabajo a cargo de la Dra. Ofelia Begovich Mendoza, profesora investigadora del área de Control Automático, tiene como objetivo diseñar un método para identificar de manera casi inmediata la localización de una fuga de agua implementando algoritmos de cómputo.

Fugas en tuberías
El sistema de detección de fugas está basado en técnicas de diagnóstico de fallas para calcular la ubicación del escape

“En la actualidad los equipos utilizados para la detección de fugas son muy costosos, ya que integran aparatos sofisticados como ultrasonidos, infrarrojos o sistemas electromagnéticos, además, en general el tiempo de localización de la fuga es bastante grande”, comentó en entrevista para ElectronicosOnline.com Magazine la doctora Begovich. “Es por eso que buscamos con esta tecnología desarrollar un sistema de bajo costo que pueda ser implementado para la ubicación de fugas de agua en acueductos, y que esta tecnología sirva como precursora para diseñar en un futuro sistemas para otras clases de líquidos o gases”, dijo.

A pesar de que este proyecto de investigación ha sido lento por la insuficiencia de fondos y la carencia de personal técnico de apoyo, los avances son calificados por la doctora Begovich como significativos, gracias a los aportes de sus colaboradores -en su mayoría estudiantes de maestría y doctorado en Control Automático- que en su momento han participado.

Los métodos utilizados en la tecnología de detección se basan en datos predictivos obtenidos a partir de observadores deducidos de modelos matemáticos que describen la dinámica del agua. Los observadores diseñados se implementan en una computadora en forma de un algoritmo, cuyas entradas son las mediciones provenientes de sensores de gasto y presión colocados en los extremos de la tubería, y salidas como posición, intensidad y presión en el punto de la fuga.

Dra. Ofelia Begovich
Dra. Ofelia Begovich Mendoza, profesora investigadora del Cinvestav Unidad Guadalajara y responsable de este proyecto

El algoritmo es descargado a una unidad de cómputo donde se realiza el monitoreo permanente de la tubería y brinda información sobre la ubicación del escape con un mínimo de margen de error, lo que permite al personal de mantenimiento obtener mayores elementos para acortar el tiempo de la reparación de la fuga.

En la siguiente imagen se muestran los sensores de presión y de gasto de la tubería experimental del Cinvestav Guadalajara:

Sensores
De manera preliminar el sistema requiere de un sensor de presión y uno de gasto solo a los extremos de las tuberías

Actualmente los sistemas utilizados por los investigadores son software LabVIEW y MatLab, herramientas que resultan costosas pero que son necesarias para efectos de prototipado, pero se espera que en un futuro los códigos puedan ser adaptados a plataformas más económicas como es Arduino.

“La celeridad para detectar las fugas depende de la constante de tiempo. El método que utilizamos es mucho más rápido que otros implementados, como el acústico. Prevemos que este sistema, una vez madurado, será más económico y más fácil de utilizar que otros convencionales. Lo complicado por el momento es la fase de experimentación para definir la resolución de todos los parámetros involucrados”, refirió la investigadora.

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Simulación algoritmos
El algoritmo es ejecutado en una plataforma de cómputo equipada con LabVIEW y sistemas de adquisición de datos DAQ de National Instruments

Estos “parámetros” son todos aquellos elementos que influyen en la precisión del sistema de localización, como los que a continuación se enlistan:

- Módulo de elasticidad del agua.
- Densidad del agua.
- Viscosidad del agua.
- Velocidad de la onda de presión en el agua.
- Factor de fricción en la tubería.
- Longitud en equivalente recto de la tubería.
- Número de Reynolds del agua.

Para llevar a cabo sus experimentos en campo, los investigadores cuentan con una tubería de 68 metros en la parte posterior del centro de investigación. Los tubos tienen un diámetro interno de 0.06271 metros y el material de los tubos es propileno copolímero random tipo 3. Cabe recalcar que la tubería está actualmente nivelada.

Con los avances conseguidos hasta el momento, esta tecnología tardaría aproximadamente 120 segundos en detectar una fuga de agua de un 10% en el Acueducto Chapala-Guadalajara.

Eduardo Carvajal Rubio Cinvestav
Eduardo Carvajal Rubio, estudiante de maestría en Control Automático

“El cálculo es una aproximación, y para conocer el tiempo exacto se necesitan algunos otros datos específicos de la tubería”, aclaró por su parte, Eduardo Carvajal Rubio, estudiante de Maestría en Control Automático y actual colaborador de la doctora Begovich.

En la plataforma de cómputo (según se muestra en el video) se puede ver cómo se localiza una fuga provocada al abrir una llave de la tubería, el sistema tardó alrededor de 20 segundos en detectar la desviación del líquido, ubicando la extracción con ± 5 metros sobre el rango de los 20 metros.

“Este proyecto es de sumo impacto, porque el día que quede finalizada esta tecnología será de gran beneficio para el cuidado del agua, un líquido vital; posiblemente para el gas LP, el petróleo y otros tipos de fluidos que se transportan en ductos”, aseguró la doctora Ofelia Begovich.

Ordeña de combustible
Los investigadores no descartan  que la primera etapa de detección de fugas de agua en acueductos, prosiga con la investigación a futuro de otros tipos de fluidos transportados en ductos, como hidrocarburos o gases

La investigación actualmente se encuentra en una etapa del 60% de avance, pero a fin de acelerar su maduración se requieren más pruebas científicas antes de que se pueda realizar la transferencia tecnológica. Una de las necesidades del equipo de la doctora Begovich es más personal de apoyo y fondos económicos de parte de posibles interesados ya sea de la academia o la industria privada para que se reduzcan los tiempos de investigación y desarrollo.

Cabe mencionar que esta tecnología en desarrollo es exclusivamente para tuberías sin derivaciones y no para redes de distribución de agua, ya que la tecnología por ahora ha sido desarrollada para esta clase de ductos.

Para mayor información puede contactar a la Dra. Ofelia Begovich en su mini sitio Web: http://www.gdl.cinvestav.mx/ofelia/ o acceder al sitio de Internet para Control Automático del Cinvestav Guadalajara: http://www.cinvestavgdl-control.org.mx/index.php/medio-ambiente/fugas-en-tuberias-a-presion

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