Raúl Abraham Sánchez Sánchez. Gerente de Desarrollo de Proyecto y de Marketing en Badger Meter de las Américas.
Fidel Francisco Sánchez Oviedo. Asesor de mercadotecnia en Badger Meter de las Américas.
En la actualidad la tendencia es el uso de sistemas de agua inteligentes, mediante los cuales gradualmente se va teniendo un manejo acertado de los datos y la información producidos. Este tipo de sistemas cuenta con cierta inteligencia artificial que incluso permite generar de manera parcial o total el programa operativo anual con base en un análisis de información y de hechos.
… fue de planeta en planeta buscando
agua potable […] contento y desnudo […]
iba matando canallas con su cañón de futuro.
Silvio Rodríguez, Canción del Elegido
Hoy en día no es tan fácil diferenciar un medidor de un dispositivo de control o de uno de transmisión de datos. Por ejemplo, un dispositivo de control como sería un micro PLC (por las siglas en inglés de control lógico programable) puede fungir como elemento secundario de uno primario (transductor de la velocidad del agua a pulsos electrónicos); también se puede conectar a un sensor de nivel con salida de 4 a 20 mA y conjuntar así un medidor de nivel. Si para esta última aplicación se carga en la memoria del micro PLC la tabla asociada de un vertedor, se conforma ya un sistema de medición de flujo de canal abierto. Adicionalmente, para cualquiera de las configuraciones expresadas, se le coloca al micro PLC su tarjeta electrónica para transmisión de datos vía celular y de este modo se configura un sistema de medición y transmisión de datos. Hay que recordar que la función primordial del micro PLC es ordenar acciones de control a través de sus salidas electrónicas (que pueden ser de pulsos, analógicas o de protocolo de comunicaciones).
Otro ejemplo: un teléfono inteligente es un dispositivo de telecomunicaciones con transmisión de voz, datos, imágenes y video; es una computadora y unidad de control, con todas las aplicaciones disponibles en el mercado. Es decir, es un dispositivo con funciones de telecomunicaciones, control y cómputo.
Esta capacidad de integración de sistemas de medición, control y transmisión de datos se tiene hoy en día gracias al desarrollo de la tecnología a lo largo de la línea histórica del ser humano.
En el pasado era claramente distinguible el alcance del control, de la medición y de la transmisión de datos a distancia. Haciendo referencia a los orígenes, desde las épocas en que la humanidad empezó a crear asentamientos humanos se contó con los primeros dispositivos de control; eso eran los diques y las represas.
En medición, el nilómetro o al-miqyas (como suena su nombre en árabe) fue utilizado para medir los niveles del río Nilo; esta estructura de medición de agua continuó siendo útil hasta la era moderna, en que los cauces naturales del Nilo fueron interrumpidos por la construcción de grandes depósitos de almacenamiento de agua. Considerando que ese río ha sido fundamental en el desarrollo tecnológico de la región, tanto en la era antigua como en la moderna, los nilómetros han sido calibrados durante más de 5 mil años. Este dispositivo de medición básicamente era una escala graduada de medición de niveles.
Otros de los primeros dispositivos de medición de que se tiene evidencia son las toberas, diseñadas por Sixtius Julius Frontinus, comisionado del agua de la ciudad de Roma en el año 300 a. C. Con ellas se pretendió determinar los volúmenes asignados por sector y por tipo de usuario; sin duda una gran referencia histórica de un administrador de los servicios de agua, considerando todos los logros en materia de infraestructura y administración que alcanzó en la antiquísima ciudad de Roma.
Los inicios de la transmisión de datos a distancia o teletransmisión de datos deben situarse con la aparición del telégrafo óptico en el año 1792 gracias a los hermanos Chappe, bajo la dirección de Claude. La Real Academia Española define la telemetría como el conjunto de técnicas para la medida a distancia de magnitudes físicas. El concepto de telemetría se ha manejado como sinónimo de la transmisión de datos a distancia, lo cual ha sido un error, ya que son dos conceptos diferentes.
Estaciones de medición y control
Con un desarrollo tecnológico donde ya no es tan fácil separar la medición del control y la teletransmisión de datos, debe considerarse que estos elementos en conjunto conforman una estación de medición y control. Cuando se busca dar solución a una necesidad de medición o control no hay que solventarla determinando o definiendo dispositivos aislados, sino la estación que debe implementarse, la cual está conformada por cinco módulos:
Módulo de medición, donde se determina el elemento primario y se convierte una variable física del agua (velocidad, presión, volumen, etc.) en otro tipo de variable (tensión eléctrica, pulso eléctrico, corriente eléctrica, etc.).
Con un desarrollo tecnológico donde ya no es tan fácil separar la medición del control y la teletransmisión de datos, debe considerarse que estos elementos en conjunto conforman una estación de medición y control. Cuando se busca dar solución a una necesidad de medición o control no hay que solventarla determinando o definiendo dispositivos aislados, sino la estación que debe implementarse.
Módulo de control, donde se establece qué variables del punto de medición serán monitoreadas, y en consecuencia qué acciones de control se deben ejecutar (apertura/cierre de válvula, arranque/paro de bomba, dosificación de cloro, entre otras).
Módulo de alimentación de energía. De acuerdo con las condiciones y requerimientos específicos en el punto de medición, se determina si la alimentación será obtenida de la red municipal o a partir de un banco de baterías, si es necesaria una alimentación regulada, etcétera.
Instalación y obra complementaria. En este módulo debe asegurarse el cumplimiento de especificaciones de instalación del equipo; deben realizarse los trabajos de verificación operativa, las pruebas de desempeño y, muy importante, las protecciones contra el vandalismo según el entorno del punto de medición y control.
Lectura veraz. Por último, después de todos los suministros y trabajos llevados a cabo para construir la estación de medición y control, debe asegurarse la lectura íntegra de los datos y acciones a generar, ya sea localmente o a distancia. Entonces, en este módulo se determina si se utiliza una bitácora electrónica de almacenamiento (comúnmente conocida como data logger) para almacenar los datos de las variables medidas y las acciones ejecutadas o un sistema de transmisión de datos a distancia con posibilidad de control también a distancia.
A través de una estación tal, y a partir de los datos generados en sitio, se obtienen información y acciones de control. Los datos son convertidos en información al ser válidos y al contarse con ellos en forma y tiempo. Así, una estación de medición forma parte de un sistema de información que a su vez forma parte de un sistema mayor denominado plataforma inteligente del agua (smart water).
Plataforma inteligente del agua
Un sistema hidráulico es uno de los pocos, o quizás el único operado por el ser humano, que no se conocen en su totalidad, puesto que una red de agua está enterrada, y por distintas razones, generalmente por cambios administrativos periódicos, su trazo y la dimensión de las tuberías no se conocen completamente. Esta circunstancia es una de las razones fundamentales de la baja eficiencia física y comercial de los organismos y de la generación de altos volúmenes de agua no contabilizada (cerca del 50%). Así, el incremento de eficiencias es una parte fundamental del servicio hidráulico, y para ello es necesario romper el aislamiento que guardan las distintas direcciones de un organismo operador en términos de comunicación y transferencia de información, y lograr que la información fluya, sea procesada y analizada para la mejor toma de decisiones.
Por lo anterior, en la actualidad la tendencia es el uso de sistemas de agua inteligentes, mediante los cuales se va teniendo gradualmente un manejo acertado de los datos y la información producidos. Este tipo de sistemas cuenta con cierta inteligencia artificial que incluso permite generar de manera parcial o total el programa operativo anual con base en un análisis de información y de hechos.
Un sistema smart water se define como aquel que aplica las tecnologías de información y de comunicación con el objetivo de proveer una infraestructura con desarrollo sostenible, incrementar la calidad del servicio del agua, hacer más eficaces los recursos disponibles y lograr una participación ciudadana activa. Los organismos operadores de agua deben ser sostenibles económica, ambiental y socialmente partiendo de la necesidad de mantener una estabilidad entre estos aspectos.
Smart water es parte de una ciudad inteligente (smart city), que incluye smart grids o redes inteligentes que cuentan con circulación bidireccional de datos entre el call center y el usuario; smart metering o medición inteligente de datos de gasto de cada usuario a través de medidores que realizan lecturas a distancia (AMRS y AMI) en tiempo real; y por último los smart sensors, sensores inteligentes recopiladores de datos que ayudan a mantener la ciudad conectada e informada.
La arquitectura de un sistema inteligente de agua está conformada por cuatro capas montadas sobre la capa física de redes hidráulicas incluyendo toda la infraestructura electromecánica y de obra civil en campo. La primera capa se refiere al monitoreo y control de datos; la segunda se enfoca en la recolección y transmisión de datos; la tercera tiene que ver con el despliegue y administración de éstos, y la última capa se refiere a su fusión y análisis. A través del sistema inteligente de agua se efectúa la transferencia de datos entre los sistemas particulares de administración de lecturas de consumos, administración y finanzas, comercial, personal, SCADA (supervisión, control y adquisición de datos) y software de ingeniería (por ejemplo, modelación de redes hidráulicas). La transferencia entre estas distintas aplicaciones se realiza de manera automática.
La arquitectura de un sistema inteligente de agua está conformada por cuatro capas montadas sobre la capa física de redes hidráulicas incluyendo toda la infraestructura electromecánica y de obra civil en campo. A través del sistema inteligente se efectúa la transferencia de datos entre los sistemas particulares de administración
Ejemplo de una aplicación de agua inteligente: el call center recibe la solicitud de reparación de una fuga; este requerimiento se captura y prioriza en el sistema de atención y reparación de fugas; el sistema detecta cuál es la brigada más cercana al sitio de la fuga en cuestión y asigna a la que atenderá la solicitud; previamente el sistema revisa la disposición de materiales de la brigada asignada y monitorea su trayecto desde la reparación anterior hasta la nueva reparación observando la velocidad de tránsito. Las brigadas de reparación de fugas reciben la orden de trabajo en campo en una tableta electrónica, vía telefonía celular; el sistema determina el tiempo asignado por el personal de la brigada, lo cual se registra en su expediente personal para la evaluación anual de desempeño. La información recopilada en campo acerca de la fuga también alimenta al expediente técnico para remodelar hidráulicamente el sector y determinar cómo impacta técnicamente la fuga en la operación.
Organismos operadores como el Sacmex, SAPAL de León, Guanajuato o Simas de Monclova, Coahuila, así como la Universidad Nacional Autónoma de México a través de su Programa Universitario de Manejo, Uso y Reúso del Agua han desarrollado plataformas inteligentes del agua que son referentes de casos de estudio donde se pueden reflejar las ventajas obtenidas al implementar este tipo de sistemas.
Tendencias
En el año 2014 el sistema Android ya contaba con 1.4 millones de aplicaciones, mientras que Apple tenía 1.2 millones de apps. La tendencia continuará, y paulatinamente el uso de computadoras de escritorio será desplazado por computadoras portátiles, y éstas a su vez serán desplazadas por teléfonos inteligentes y tabletas. Este tipo de dispositivos se utilizarán de manera masiva como herramientas de trabajo en los organismos operadores, que crearán aplicaciones personalizadas encaminadas a facilitar el trabajo del día a día, también gracias al desarrollo de las tecnologías de comunicaciones vía celular.
El uso de transmisión de datos vía celular presenta una continua innovación que influye en la industria de los dispositivos móviles. Se incrementarán las velocidades de transmisión de datos y los anchos de bandas; habrá un redireccionamiento versátil del congestionamiento de redes (antenas celulares), mayor eficiencia en el consumo de energía, fiabilidad e interconexión a miles de millones de usuarios y dispositivos al contar con mayor área de cobertura y capacidad de transmisión de datos vía celular. El cambio de tipo de comunicación de 4G a 5G será un paso enorme.
El uso del cable tradicional de dos hilos (servicio de telefonía municipal) y el de cable coaxial (televisión por cable) desaparecerán paulatinamente, y en su lugar se contará con el servicio de transmisión por fibra óptica (voz, datos, video); se incrementarán de esta manera las velocidades de transmisión y el número de canales (ancho de banda). Así los organismos operadores conectarán directamente sus estaciones de medición a las redes municipales de fibra óptica, y las propias estaciones fungirán como nodos, ya sea de internet o de intranet.
La “softwerización” y el uso de aplicaciones y nubes permitirá a los usuarios finales acceder a herramientas de software complicadas, incluyendo almacenaje masivo de datos, sin necesidad de realizar grandes inversiones en activos de cómputo. Los organismos operadores pequeños y medianos tendrán acceso a aplicaciones y al almacenaje masivo sin tener que efectuar grandes inversiones, pues esto lo podrán realizar a través del pago de servicios.
Bob Metcalf, inventor de la red Ethernet, afirmó que el poder del crecimiento de la red se incrementará proporcionalmente por el cuadrado del número de usuarios. Por esta razón, la masificación del uso de internet hará que este servicio sea segmentado en internet de propósito específico (internet of things o internet de las cosas) –por ejemplo que a un vehículo se le indique dónde hay lugares de estacionamiento cercanos a su ubicación actual– e internet de propósito general (internet of everything), concepto que se refiere a la interacción de usuarios dentro de una comunidad, por ejemplo las aplicaciones de Google Maps o Waze que asisten al conductor definiendo la mejor ruta de tránsito en virtud del tráfico en tiempo real gracias a la interacción con los usuarios en el momento. Debe considerarse que el primero forma parte del segundo. Para el año 2020 se pronostica un número de 50,000 millones de conexiones de internet de las cosas.
Conclusiones
La tecnología de punta y de fácil acceso está disponible ya. Su implementación es una oportunidad para los organismos operadores en aras de resarcir el atraso tecnológico en que se hallan.
Si los funcionarios y el personal ya utilizan tecnología de punta en sus actividades personales, por ejemplo los teléfonos inteligentes con toda su gran variedad de aplicaciones, ¿por qué no utilizarla en el ámbito laboral? No es un problema económico. En un análisis costo-beneficio se puede observar que las aplicaciones son muy viables. Tampoco es un problema técnico. Para manejar estos sistemas de medición, control y telecomunicaciones no se requiere ser experto en ingeniería de control y telecomunicaciones; el concepto plug and play (conecte y opere) se aplica a la operación de estos dispositivos.
Como para el mundo en general, para el sector hidráulico se avecina una coyuntura donde no habrá limitante en la disposición de datos y la generación de información; el análisis estructurado de esta última cobrará gran importancia para la toma de decisiones.
