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Solución para la supervisión de la explotación de las redes de saneamiento en alta en el Consorcio de Aguas de Asturias
Las redes de transporte y depuración de agua residual pueden ser explotadas directamente por agentes públicos, o de forma indirecta por empresas privadas especializadas del sector. También caben las fórmulas mixtas. En este último caso, el ente público responsable de la gestión ha de contar con herramientas que faciliten la supervisión de la operación de los sistemas por parte de las empresas contratadas. La detección de vertidos no autorizados, el control de acceso a las instalaciones, el cumplimento de las rutas de inspección y mantenimiento, la vigilancia de los caudales de incorporación, etc., pasan a ser aspectos cruciales para garantizar el correcto funcionamiento de los procesos y activos. En este artículo se describe la solución tecnológica adoptada por el Consorcio de Aguas de Asturias para contar con la información necesaria que le facilite su gestión.
Palabras clave Saneamiento, telemetría, explotación, gestión, Consorcio de Aguas de Asturias.
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SOLUTION FOR THE SUPERVISION OF THE EXPLOITATION OF NETWORKS OF SANITATION IN DISCHARGE EFFECTED UNDER INDIRECT MODALITY IN THE ASTURIAS WATER CONSORTIUM (SPAIN) The networks of transport and wastewater treatment can be exploited directly by public agents, or indirectly by private companies specialized in the sector. Mixed formulas also fit. In the last case, the public body responsible for the management must have tools that facilitate the supervision of the operation of the systems by the contracted companies. Detection of unauthorized discharges, control of access to facilities, compliance with inspection and maintenance routes, monitoring of incorporation flows, etc., they become crucial aspects to guarantee the correct functioning of the processes and assets. This article describes the technological solution adopted by the Asturias Water Consortium to have the necessary information to facilitate its management.
Keywords Sanitation, telemetry, exploitation, management, Asturias Water Consortium.
Julio Antonio Pérez Álvarez doctor en Ciencias Químicas, gerente del Consorcio de Aguas de Asturias (Cadasa)
Alberto Villa Miguel ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, jefe del Servicio de Saneamiento y Depuración del Consorcio de Aguas de Asturias (Cadasa)
Jesús Miguel Fernández Rodríguez ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, jefe del Servicio de Ingeniería del Consorcio de Aguas de Asturias (Cadasa)
Luis Eduardo García Rodríguez ingeniero técnico industrial, jefe del Servicio de Telemática del Consorcio de Aguas de Asturias (Cadasa)
Emilio Fernández Tamargo técnico de sistemas, responsable técnico del Área de Sistemas Industriales de Control (SIC) designado para el Consorcio de Aguas de Asturias (Cadasa)
1. INTRODUCCIÓN El Consorcio de Aguas de Asturias (Cadasa) se constituyó el 29 de marzo de 1967 y está integrado por la Comunidad Autónoma del Principado de Asturias, la Confederación Hidrográfica del Cantábrico y 29 de los 78 concejos (municipios) que existen en la región.
Tal y como muestra la Figura 1, el Consorcio presta básicamente los servicios de:
- Abastecimiento. Suministra agua potable a los concejos consorciados de la Zona Central y Occidental de Asturias, complementando las necesidades que estos no cubren con sus propios recursos. En dicho servicio se incluyen las funciones de captación, regulación, tratamiento del agua, almacenamiento y su conducción por arterias y ramales hasta los depósitos urbanos municipales. Además, proporciona suministro directo a grandes consumidores industriales como ArcelorMittal, Asturiana de Zinc, Corporación Alimentaria Peñasanta, DuPont Ibérica, etc., así como a otros consumidores directos no industriales.
- Saneamiento. Para evitar el vertido directo de las aguas residuales, mejorando la calidad de los ríos y las costas asturianas, se creó toda una red de instalaciones, colectores e interceptores con la que se recogen y conducen las aguas urbanas e industriales (asimilables a urbanas) hasta las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), de modo que, previo tratamiento adecuado, pueden ser reintegradas a los medios receptores (ríos o mar) con la calidad deseada.
2. EL SANEAMIENTO EN CADASA Cadasa gestiona la explotación y mantenimiento de las infraestructu
FIGURA 1. Mapa índice de los emplazamientos de sistemas de abastecimiento y saneamiento gestionados por el Consorcio de Aguas de Asturias.
ras que, por acuerdo con el Principado de Asturias, le son encomendadas. Hasta el momento le han sido transferidos 35 sistemas de saneamiento (Figura 2). Cada sistema está conformado por un conjunto de aliviaderos (con estanques de tormenta) que recogen y regulan los caudales provenientes de las redes de saneamiento municipales, es decir, aguas residuales, aguas industriales asimilables a urbanas y también las de alcantarillado, al tratarse de redes unitarias. El agua residual se transporta a continuación a través de una red de colectores e interceptores hasta la EDAR correspondiente. De forma resumida, el Consorcio gestiona en la actualidad:
- 32 EDAR. - 184 estaciones de bombeo de aguas residuales (EBAR) o aliviaderoEBAR.
- 170 aliviaderos. - 15 galerías. - 9 desbastes. - 75 instalaciones diversas - Unos 4.000 pozos de registro. - Unos 460 km de conducciones.
FIGURA 2. Mapa director de un sistema de saneamiento tipo (Nora y Noreña).
Este artículo desarrolla la solución tecnológica implantada en el Consorcio para supervisar la correcta operación de redes y procesos efectuada por las empresas contratadas.
3. EXIGENCIA NORMATIVA Existen varias directivas nacionales y europeas que establecen normativas destinadas a proteger el medio ambiente. En el caso del saneamiento el mayor daño ambiental que se puede producir es el derivado de vertidos no autorizados.
El RD 1290/2012 establece una serie de obligaciones por parte del órgano gestor en cuanto a los vertidos al medio, los caudales de incorporación mínimos e informes a presentar al organismo gestor de la cuenca hidrográfica. Básicamente estas exigencias se materializan en la correspondiente 'Autorización de vertido', emitida para cada cuenca. En relación a los vertidos al cauce público, pueden resumirse en la exigencia de contener las primeras aguas de escorrentía durante tormentas, así como dotarse de elementos para reducir la evacuación al medio receptor de, al menos, sólidos gruesos y flotantes. En tiempo seco no se admiten vertidos por los aliviaderos.
Al mismo tiempo, la ley exige presentar informes periódicos sobre los días con episodios de alivio y las condiciones meteorológicas existentes. Cadasa ha intentado efectuar una lectura garantista de la norma de modo que no solo se detecte y registre una situación de vertido diaria (alivio no autorizado), sino todos los episodios que puedan producirse a lo largo de cada día, acompañados de información adicional como fecha/hora de evento y duración del mismo y, en definitiva, de aquellos parámetros que permitan una mejor
FIGURA 3. Infografía de una estación de bombeo genérica y señales tipo transmitidas/registradas.
supervisión del sistema, las medidas de contención y el mantenimiento de las mismas.
4. PARÁMETROS A SUPERVISAR De la exigencia normativa se deduce que es necesario supervisar y controlar determinados parámetros técnicos. Algunos son obligados para la finalidad normativa y otro, útiles a los efectos de vigilancia de las instalaciones y trabajos desarrollados por los contratistas (Figura 3). Las principales señales físicas a considerar por el Consorcio son:
- Analógicas: • Nivel en canales de entrada de aliviaderos. • Nivel en pozos de bombeo. • Posición de compuertas. • Caudal y volumen. • Presiones en conducción. • Frecuencia variadores de velocidad. • Sulfhídrico. • Conductividad. - Digitales: • Desborde.
• Marcha de bombas. • Mantenimiento. • Fallo tensión. • Acceso. • Pluviómetros.
Por diferentes motivos (al resultar innecesarias, por no contar aún con equipo de medida apropiados, por encontrarse el sistema en fase de licitación, etc.) algunas de estas variables no se encuentran disponibles en todas las instalaciones.
5. INFORMACIÓN OBTENIDA DEL ANÁLISIS DE VARIABLES Del análisis del estado o evolución de las variables o parámetros a supervisar se obtiene información relevante sobre la actuación del explotador y sobre el funcionamiento de los procesos (Figura 4). Por ejemplo:
5.1. DETECCIÓN DE VERTIDO Si se activa la señal de desborde cuando el pluviómetro asignado a una instalación concreta no detecta un episodio de lluvia, se desprende que el desbordamiento en un alivia
FIGURA 4. Gráfico de las principales señales de una estación de bombeo.
dero se corresponde con un vertido de agua residual al medio.
Con el fin de supervisar la calibración de la instrumentación y garantizar lo máximo posible la exactitud en la medida, se realiza una doble lectura con diferentes sondas en las cotas de alivio (analógica de nivel y digital de punto de alivio).
5.2. CAUDAL DE INCORPORACIÓN Reglamentariamente, el Consorcio ha de asegurar que durante los episodios de lluvia el caudal incorporado al colector mediante bombeo alcanza un mínimo establecido y fijado en la autorización de vertido otorgada a la instalación concreta. Donde existe caudalímetro resulta sencillo comprobar esta circunstancia.
En la mayoría de los casos esto no es así, por lo que, de forma indirecta, la verificación ha de hacerse a través de las señales de 'bomba en marcha', asegurándose que el número de grupos en servicio proporciona el caudal mínimo fijado normativamente.
5.3. ESTACIÓN EN MANTENIMIENTO Y PRESENCIA DE PERSONAL Se obtiene esta información de las
señales 'en mantenimiento' y 'acceso'. Permiten determinar si la información técnica del resto de variables que se han registrado durante el tiempo de activación de estas señales ha de considerarse fiable o no.
Resulta típico apreciar alteraciones en la medida de los niveles obtenidas mediante sensores ultrasónicos al resultar interrumpido el haz por el paso de una persona. También variaciones bruscas de nivel durante los procesos de limpieza de sondas hidrostáticas.
Además, también se puede cotejar la presencia de trabajadores en las instalaciones, con otros sistemas de control de rondas de vigilancia y con las tareas de mantenimiento que resultan de las órdenes de trabajo generadas por el gestor de mantenimiento asistido por ordenador (GMAO).
6. SOLUCIÓN TÉCNICA ADOPTADA. ARQUITECTURA El Consorcio ha adoptado el criterio de capturar la información técnica de interés directamente de las instalaciones que la generan, sin pasar por sistemas SCADA intermedios en los que podría alojarse ya gran parte de los datos requeridos. Aún más, las señales se independizan en la medida de lo posible de aquellas que se utilizan para el control local (manual o automático) de las diferentes instalaciones y que, conforme al modelo de contratación, resultan competencia y responsabilidad del contratista adjudicatario. De este modo se reduce el riesgo de pérdida, manipulación o interrupción de información.
Las señales capturadas, acondicionadas, registradas y, en su caso, calculadas, en forma local, se transmiten directamente y por métodos inalámbricos a un servidor centralizado ubicado en las dependencias del ente gestor, el Consorcio.
Si se interrumpe la comunicación entre cualquier instalación remota y el centro, el sistema implementado permite registrar el valor de las señales de forma temporal (hasta 2 días habitualmente y dependiendo de la frecuencia de muestreo, número de señales, variaciones e incidencias). El registro en la estación se efectúa con estampación local de fecha/hora, sincronizada periódicamente con el centro.
A la restauración de las comunicaciones, el centro recupera de la estación el histórico de señales y eventos incorporando a la base de datos la información retenida.
El acceso a la información se realiza conforme a la habitual en un SCADA en entorno web, visualizándose principalmente como curvas de tendencia o históricos en una representación de cronograma en la que, de forma superpuesta, se muestran las variables analógicas y digitales.
Además de los técnicos del Consorcio, también pueden acceder remotamente al sistema a través de internet los responsables autorizados de las empresas explotadoras.
7. IMPLEMENTACIÓN PRÁCTICA La arquitectura del denominado SCADA-CE (o SCADA de control de la explotación), como se ha venido a denominar en el Consorcio la plataforma implantada, obedece a una solución tradicional desde un punto de vista conceptual (Figura 5). Un centro y un conjunto de estaciones remotas transmitiendo información de forma automática y en tiempo real.
Sin embargo, en el momento de su concepción, fue necesario tener en consideración, entre otros, los factores limitantes que se describen a continuación.
7.1. COSTE Actualmente el Consorcio gestiona unas 460 instalaciones y es previsible que esta cifra siga incrementándose con nuevas encomiendas desde el Principado de Asturias.
El propósito es recoger la información directamente de todos estos puntos, por lo que el equipamiento físico y lógico a implantar en las instalaciones debería tener un coste ajustado.
7.2. COMUNICACIONES Necesariamente, los enlaces entre estaciones remotas y centro han de efectuarse por medios inalámbricos, pues no hay desplegadas redes de cobre o fibra salvo casos excepcionales.
Entre las diferentes opciones posibles (red propietaria UHF, satélite, etc.), se optó por utilizar las redes públicas gestionadas por operadoras privadas GSM/GPRS.
Esta decisión se adoptó por entender que una interrupción temporal de las comunicaciones en un sistema de telemetría, sin telemandos y con datalogger local, no resulta un problema crítico.
FIGURA 5. Arquitectura de red del sistema de control de alivios.
Así mismo, se precisaba de un protocolo que permitiese la recuperación de información ante una eventual pérdida de enlace y que, por tanto, gestionase el time-stamp, es decir, que el propio equipo local de telemetría debería almacenar temporalmente la información con los metadatos correspondientes a la fecha/hora de su captura. Además, el SCADA, debería poder leer tales metadatos e incorporarlos en el repositorio.
A pesar de la peculiar orografía de Asturias, típicamente montañosa, no se apreciaron problemas a nivel de
la cobertura, ya que, en el caso del saneamiento, los colectores/interceptores suelen desplegarse por zonas pobladas donde quedan garantizadas las comunicaciones con los operadores de mercado más habituales. Otro factor limitante desde un punto de vista económico es la disponibilidad de una dirección IP pública en cada una de las instalaciones para poder interrogar a las estaciones remotas. Estas suelen tener un coste adicional que a tenor de los aliviaderos/bombeos a integrar puede implicar un montante económico significativo en el tiempo, que
» La información que proporciona la solución SCADA-CE implantada por el Consorcio de Aguas de Asturias para la explotación de las redes de saneamiento permite una supervisión y vigilancia continua de los servicios efectuados, ya que recoge toda la información técnica de interés directamente de las instalaciones
podría ser obviado implementando soluciones basadas en el número de teléfono asignado a la SIM y efectuando una gestión de las comunicaciones diferente.
Finalmente, tratándose de enlaces por medios tradicionalmente inseguros, al menos en mucha mayor medida que las soluciones físicas de Cu o FO, se precisaba una solución que integrara la encriptación desde origen.
7.3. SIMPLICIDAD Y HOMOGENEIDAD Desde el inicio estos son dos factores que se han tenido en cuenta con el objeto de reducir al máximo los costes de implementación, mantenimiento y explotación de la solución a lo largo de su ciclo de vida.
Así, aunque en un principio se implantaron enlaces GSM, rápidamente se sustituyeron por GPRS (sobre GSM). En la actualidad, todas las comunicaciones operan bajo este estándar. Además, tanto la selección del operador de telefonía como los costes del servicio se transfieren al explotador del sistema de saneamiento, por lo que este es un factor que redunda en una buena gestión posterior de la información en campo que evite la transferencia masiva de datos.
Teniendo en cuenta además que los equipos remotos de telemetría no deben efectuar control de proceso sino únicamente captura, acondicionamiento, registro y transmisión de información, no se precisaría de RTU programables, bastaría con soluciones más sencillas que requirieren tan solo configuración, parametrización o ejecución de sencillas macros.
7.4. DISPONIBILIDAD DE SUMINISTRO DE RED ELÉCTRICA Un porcentaje significativo de los aliviaderos no cuentan con fluido eléctrico de red ni con sistemas alternativos renovables. Sin embargo, es preciso integrar la información del proceso en la plataforma SCADACE. Por ello, el equipamiento a seleccionar debe contar con opciones de bajo consumo y baterías, capaces de gestionar ventanas de tiempo para las comunicaciones.
Es habitual que la mayoría de estas instalaciones se encuentren soterradas por lo que los equipos de telemetría, al igual que el resto de instrumentación y elementos de detección, deben contar con opciones robustas para trabajar en ambientes mojados (incluso inundables) y con presencia de gas sulfhídrico.
7.5. ELECCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN Aunque el mercado se encuentra repleto de soluciones técnicas para la medida y detección de variables físicas, en la práctica y en el entorno de saneamiento no todas ofrecen la misma fiabilidad y disponibilidad.
En este entorno el medio resulta relativamente agresivo, con presencia de residuos filamentosos, grasas, espumas, jabones, arenas, etc., que pueden afectar la correcta medición de los parámetros y requerir frecuentes intervenciones de mantenimiento (limpieza fundamentalmente).
Esta circunstancia afecta principalmente a la medida y detección de nivel. Si bien puede optarse por soluciones libres de contacto con el medio (ultrasonidos y radar, principalmente), lo habitual es encontrarse con sondas hidrostáticas para la medida analógica y con detectores basados en diferentes tecnologías (paletas vibratorias, electromagnética, ultrasonidos, conductiva, capacitiva, interruptores por flotador, etc.). Desde el consorcio se potenciaron diversas pruebas para seleccionar finalmente la opción más fiable y económica.
7.6. MEJORA CONTINUA Desde el Consorcio también se promueven experiencias piloto y pruebas de distintas soluciones de mercado con el fin compartir la experiencia con los explotadores de los sistemas encomendados, facilitándoles así la toma de decisiones técnicas relacionadas con la instrumentación y la integración de equipos de telemetría.
Al mismo tiempo, se colabora activamente con fabricantes de equipos para la incorporación de nuevas funcionalidades y mejoras acordes con las necesidades de supervisión y gestión que se presentan.
8. FUNCIONALIDADES DEL SISTEMA A continuación se resumen las principales características de la plataforma SCADA-CE del Consorcio:
FIGURA 6. Representación en mapa y alarmas de los últimos datos transmitidos.
FIGURA 7. Informe mensual de alivios y pluviometría de un sistema.
- SCADA centralizado, propietario y gratuito desarrollado en entorno web y base de datos Microsoft SQL. Posibilidad de acceso al mismo por intranet y extranet, tanto por los técnicos del Consorcio como por los explotadores autorizados. Representación gráfica de la información basada principalmente en cronogramas, aunque también se encuentra disponible en forma de tablas e incluso sinópticos. Esta última opción, por economía y simplicidad, no se viene utilizando (Figura 6). - Comunicaciones GPRS, sin IP pública en remotas y encriptada.
- Compresión de datos incluida y protocolo con funciones equivalentes a DNP3 (recuperación automática de información en caso de interrupción temporal de enlaces).
- Equipos de telemetría locales con SIM y antena integrados. Gestión de time-stamp. Parametrizables sin conocimientos de programación. Consulta on line y configuración remota por GSM. Gestión de alarmas y comunicación de las mismas también por SMS a los servicios de guardia del explotador. Posibilidad de consulta remota por este mismo medio. Enclavamiento entre remotas si se precisa. Variación de frecuencia de muestreo por eventos.
- Integración en el sistema de información meteorológica procedente de otro SCADA específico o de pluviómetros sectorizados. Vinculación de los mismos con la información de las estaciones con las que se relaciona al objeto de discriminar situaciones de alivio o de vertido.
- Herramienta adicional de registro y tratamiento de vertidos y episodios de lluvia. Generación de informes periódicos con la información de alivios de cualquier naturaleza. Incluye fecha y hora del evento y duración del mismo (Figura 7).
9. CONCLUSIONES En el momento de redacción de este artículo, el Consorcio de Aguas de Asturias tiene integradas en el SCADA-CE un total de 344 remotas de saneamiento, estando prevista la inclusión de la totalidad de aliviaderos y bombeos (además de las EDAR) que le han sido encomendados y los que previsiblemente se le confíen en un futuro. La sencillez, simplicidad y robustez de la solución ha facilitado una implantación rápida y económica.
La información que proporciona la solución SCADA-CE permite una supervisión y vigilancia continua de los servicios de explotación efectuados por las empresas contratadas, a la vez que sirve de apoyo a estas últimas para la detección y corrección temprana de incidencias.
Al mismo tiempo, posibilita la trasferencia de información de vertidos y caudales de incorporación (cuando se dispone de medidores) a los Organismos de Cuenca que lo soliciten.
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