Algoritmos matemáticos podrían ser la solución para identificar fugas de agua
México se enfrenta ante una crisis de escasez de agua severa, recientemente la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat) emitió una alerta sobre el inicio de emergencia por sequía debido a que las cuencas hidrológicas se encuentran ante la presencia de una sequía severa, extrema o excepcional.
El Monitor de Sequía de México brindados por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) revelan que 22 de las 32 entidades federativas presentan algún nivel de sequía en sus municipios. La situación que se presenta debido a diversos factores, entre ellos la falta de lluvias, la contaminación, la sobreexplotación del recurso natural o una infraestructura hidráulica dañada.
Ante este último escenario el doctor Jorge Alejandro Delgado, investigador del CIDETEC de la UVM considera que la implementación de algoritmos matemáticos podría ayudar a identificar fugas de agua y prevenir el desperdicio del líquido vital.
Delgado Aguiñaga ha realizado diversos trabajos de investigación enfocados en el diagnóstico de fallas con énfasis en la detección de fugas de agua, gracias al uso de algoritmos matemáticos ha logrado identificar la ubicación de desperfectos en las tuberías: “Los algoritmos se basan en identificar dos variables que son la presión y el flujo, se requiere la colocación de dos sensores en cada extremo de la tubería para identificar dichas variables y tras un proceso de análisis de datos se podrá dar una localización para identificar la fuga”.
EL AGORITMO
El algoritmo propuesto por el Delgado Aguiñaga ha sido utilizado en tuberías reales para la solución de fallas, una de ellas se llevó a cabo en el año 2016 en una red de distribución de agua del SIAPA ubicado en Guadalajara, Jalisco.
La fuga llevaba activa aproximadamente 5 meses y se habían realizado 3 intentos para localizarla, por lo cual se utilizó el modelo matemático alimentado por las mediciones de los sensores colocados en los extremos de las tuberías, después de 8 días de análisis de datos se logró identificar la dinámica de flujo de agua en la tubería y estimar la ubicación de la fuga y su magnitud.
De acuerdo con el especialista, estima que esa fuga tenía un flujo de 10 litros por segundo, lo cual representó una pérdida de aproximadamente 130 millones de litros de agua, cantidad que representaría 650 pipas de agua potable.
Con el objetivo de perfeccionar el algoritmo y obtener información más certera sobre la identificación de fallas, Delgado Aguiñaga realizó nuevas investigaciones, la última de ellas publicada recientemente bajo el título: Diagnóstico de fugas en tuberías basado en un filtro de Kalman para sistemas de variación de parámetros lineales, en la cual expone que el uso del filtro de Kalman para sistemas de variación de parámetros lineales puede mejorar su desempeño en la práctica, en comparación el diseño clásico del Filtro de Kalman extendido.
“El algoritmo utilizado en 2016 para el diagnóstico de la fuga ubicada en la red hidráulica del SIAPA en Guadalajara fue el filtro de Kalman Extendido, el cual daba una incertidumbre considerable porque tenía mucha variabilidad en su resultado. Lo anterior, motivó la mejora del algoritmo para poder brindar un resultado más preciso en su implementación en sistemas reales y con el fin de que el proceso de reparación fuera más puntual, evitando pérdidas de agua y económicas.
Como resultado, este nuevo enfoque se basa en el uso del filtro de Kalman para sistemas de variación de parámetros lineales, en donde el cálculo fuera de línea de la ganancia del filtro permite reducir el esfuerzo de cálculo, superando al diseño extendido en términos de precisión de estimación de parámetros”, señala Delgado Aguiñaga.
Actualmente, el investigador del CIDETEC de la UVM es parte del proyecto CONACYT: “Sistemas adaptativos para la gestión sustentable del agua en ciudades y cuencas en situación de conflicto y alta presión hídrica”, el cual es multidisciplinario en colaboración con otras universidades de México y Holanda, el cual busca llevar a la práctica algoritmos de diagnóstico en redes hidráulicas urbanas, en específico en Guadalajara:
“Mi aportación a este proyecto es incidir positivamente en las cuencas ubicadas en Jalisco como el Río Santiago, Río Lerma, Río Turbio, entre otros para instalar sistemas de diagnóstico en particular en Guadalajara para mitigar pérdidas de agua, los cuales se pueden llevar a cualquier parte del país e incluso del mundo al ser sistemas que se pueden replicar, tal y como existen en Barcelona, una ciudad líder en este tema”, explica Jorge Alejandro Delgado Aguiñaga.
Finalmente, el profesor e investigador considera que la Ciudad de México se beneficiaría de la aplicación de un sistema de algoritmos para la detección de fallas debido a los datos que arrojarían dada la gran presión fluvial que existe en el sistema Cutzamala, de tal manera que al realizar un diagnóstico adecuado de las fugas se reducirían las pérdidas de este líquido tan importante.