Detección de fugas de agua en redes de distribución mediante uso de imágenes

Eduardo José Remírez Miguel, Director de industria y aeroespacial de Bosonit

Bosonit
detección de fugas
La detección de fugas de agua en redes de distribución es una tarea importante para garantizar la eficiencia y la sostenibilidad del suministro de agua. Las fugas pueden ser costosas, causar daños a la infraestructura, al medio ambiente y afectar, además, a la calidad del agua y su disponibilidad para los consumidores.

Los sistemas ‘clásicos’ de detección de fugas de agua utilizados hasta ahora, tales como ultrasonidos o sistemas de evaluación de desfases, implementados en la red de contadores volumétricos y de presión se revelan como ineficaces, bien para la detección temprana o para la localización precisa. Con el inconveniente añadido que necesitan una gran cantidad de recursos dedicados asociados, tanto humanos como de dependencia energética, para alimentar sensores.

Plataformas de vuelo

Una forma eficiente de detectar fugas de agua en redes de distribución es utilizar imágenes tomadas desde plataformas de vuelo como satélites o drones. Estas instantáneas pueden proporcionar una visión detallada y a gran escala de la red de distribución lo que permite detectar áreas con anomalías que pueden indicar la presencia de una fuga. Esta técnica posibilita un análisis con un coste reducido y su uso periódico facilita la localización y reparación rápida de las fugas contribuyendo a garantizar la eficiencia y sostenibilidad del suministro de agua.

Existen diferentes plataformas de vuelo que operan en diferentes alturas u órbitas que pueden transportar instrumentos válidos para proporcionar el tipo de fotografías necesarias para la detección de fugas de agua:

  • Satélites (grandes, medianos y pequeños), que normalmente operan en órbitas medias y lejanas.
  • Microsatélites y CubeSats, que habitualmente operan en órbitas bajas (LEO).
  • Drones atmosféricos de ala fija, ala rotativa, multicópteros y dirigibles de metrología.

Imágenes satelitales

Es imprescindible contar con imágenes de alta calidad y resolución para poder detectar las fugas.

Las imágenes de satélites suelen tener una resolución mayor que las tomadas por drones, pero estos últimos pueden proporcionar instantáneas más centradas y detalladas de áreas específicas debido a su capacidad de volar a baja altitud. Las imágenes satelitales suelen ser suministradas por agencias espaciales:

European Space Agency es una agencia espacial que ofrece imágenes deradar de apertura sintética a través de su programa Sentinel. Están disponibles para descargar de forma gratuita a través del portal de datos de la ESA.

 

La Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA, por sus siglas en inglés) ofrece imágenes de radar de apertura sintética a través de su web en la sección de ‘datos y productos de investigación’, disponibles para su descarga.

Instrumentos

Los principales instrumentos que van embarcados a bordo de las aeronaves y que permiten la obtención de imágenes de calidad válidas para la detección de fugas son principalmente de dos tipos:
Las cámaras NIR (Near Infrared) tienen capacidad para detectar cambios en la temperatura de la superficie y para obtener imágenes, utiliza la radiación infrarroja cercana, invisible al ojo humano. Estas cámaras pueden tener un peso y un tamaño contenido, por lo que son ideales para ser embarcadas a bordo de microsatélites, CubeSats y drones.

El radar de apertura sintética SAR (Synthetic Aperture Radar) es una técnica de radar que también se puede utilizar para detectar fugas de agua en redes de distribución. Dispone de una antena que transmite señales de radar de alta frecuencia y, posteriormente, recibe las señales reflejadas de los objetos en el área de escaneo. El SAR es capaz de proporcionar imágenes de alta resolución y tiene la ventaja de poder operar independientemente de la luz ambiental, lo que es de gran utilidad para la detección de fugas en áreas oscuras o cubiertas. Se utiliza habitualmente en aplicaciones de detección en tuberías enterradas, ya que puede detectar cambios en la resistencia eléctrica del suelo debido a la presencia de agua.

El agua es un conductor de electricidad y, por lo tanto, afecta la resistencia eléctrica del suelo donde se encuentra. Al detectar estos cambios en la resistencia eléctrica, el SAR puede proporcionar imágenes precisas y así determinar la ubicación y el tamaño de la fuga.

Además, también puede detectar cambios en el contenido de agua en el suelo, lo que puede ser útil para supervisar redes de distribución de agua superficial. Para detectar cambios en la resistencia eléctrica del suelo, el SAR utiliza una técnica llamada ‘radar de penetración en el suelo con polarización’ (Ground Penetrating Radar with Polarization, GPR-P). El GPR-P trabaja en una amplia gama de frecuencias, generalmente entre 100 MHz y 3 GHz. La selección de la frecuencia adecuada depende del objetivo de la medición y del tipo de suelo. Por ejemplo, se utilizan frecuencias bajas para detectar objetos y anomalías profundas en el suelo y frecuencias más altas para detectar anomalías próximas a la superficie.

Esquema SAR

detección de fugas

 

Humedad en los cultivos mediante teledetección

El Índice de Sequía de la Vegetación NDMI, (Normalized Difference Moisture Index) es un buen ejemplo de cómo actúan estos instrumentos para obtener una medida de la cantidad de agua presente en la vegetación. Se calcula utilizando imágenes de satélite que miden la reflectividad de la tierra en diferentes longitudes de onda. Se basa en la idea de que la vegetación seca refleja más luz en las longitudes de onda infrarrojas cercanas y menos luz en la longitud de onda visible. Por lo tanto, cuando la vegetación está más seca, el NDMI aumenta.

El NDMI se utiliza para monitorear la sequía y evaluar el estado de la vegetación en diferentes regiones.

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Es importante tener en cuenta que la espectroscopia del infrarrojo cercano (NIR) y el radar de apertura sintética (SAR) son herramientas y se deben utilizar junto con otras técnicas y métodos para confirmar la presencia de una fuga y determinar la mejor forma de repararla. Por ello, una vez obtenidas las imágenes, hay que procesarlas y analizarlas para detectar posibles anomalías.

Algunas de las señales que pueden indicar la presencia de una fuga son el aumento de la humedad del suelo o el crecimiento excesivo de vegetación en áreas donde no se esperaría. También se suelen detectar cambios en el color o la temperatura de la superficie que pueden ser indicativos de una fuga.

Tras detectar una posible fuga, siempre es necesario enviar a un equipo de investigación al lugar para verificarla y determinar la causa. Esto puede incluir la revisión de la infraestructura de la red de distribución mediante el uso de equipos de detección de flujo que pueden medir la velocidad y dirección del flujo de agua en una tubería y también es prescriptiva la realización de pruebas de presión en la red.

Algunos de los equipos de detección de fugas involucran el uso de gas (helio) mediante una técnica conocida como ‘ensayo de presurización con helio’.

En este método, se inyecta el gas en la tubería o el sistema de distribución de agua y luego se utiliza un detector para descubrir la presencia de helio en el área donde se sospecha que hay una fuga.

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Elliot Cloud desarrolla un procedimiento en frontera de tecnología basado en imágenes multiespectrales y algoritmos propios de tratamiento y depuración para ofrecer a sus clientes un sistema de supervisión, descubrimiento y alerta temprana que permita la máxima reactividad frente a un evento de fuga de agua en sus redes de distribución.

  • Obtención de imágenes satelitales del área geográfica involucrada en GIS.
  • Procesado de imágenes satelitales y descubrimiento zonas de riego.
  • Obtención de imágenes DRON de las zonas de riego detectadas.

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