Detección de pérdidas en tuberías de agua: Propuesta basada en un banco de filtros

Leak detection in water pipelines: Proposal based on a bank of filters

Actualmente la detección de pérdidas (DP) en tuberías de agua es un área de investigación activa, y con un creciente interés,debido a la importancia del transporte seguro del vital elemento. Este trabajo considera el problema de DP en tuberías deagua por medio de redundancia analítica, basada en un modelo matemático y utilizando técnicas de estimación de estados,teniendo por objetivo principal estudiar, proponer, implementar y aplicar algoritmos eficientes que permitan abordar demanera general el problema de DP. Para lograr esto se propone y evalúa un banco de filtros, implementados con filtrosde Kalman (FK) y filtros de partículas (FP). Con esto se busca contribuir conceptualmente a la formulación del problemade DP, de manera modular, permitiendo que en un estudio futuro otras técnicas puedan ser utilizadas para resolver elproblema. Además, obtener algoritmos eficientes y confiables, basados en un estimador de estados capaces de respondera requerimientos industriales, tales como: entregar, a partir de medidas de entrada y salida disponibles, una estimaciónfiable del estado del proceso, esto con independencia de la dinámica lineal o no lineal, asimismo, ser de fácil manejo yfácil configuración. La simulación computacional y los resultados experimentales muestran la efectividad de combinarFP con FK, para el caso básico de dos pérdidas secuenciales en una tubería, presentando ventajas de rápida convergenciay reducción del error de estimación, factores importantes en el problema de DP en ductos hídricos.

INTRODUCCIÓN

Actualmente existe una gran diversidad de procesos industriales que emplean grandes sistemas de tuberías, de las cuales podemos destacar el transporte de agua. En razón de ello, se han construido complejos sistemas de redes de tuberías, a gran escala, los que han crecido y se han automatizado cada vez más en los últimos años. La operación segura de estos sistemas es primordial debido a que se trata de un elemento vital y valioso. Sin embargo, y a pesar de todas las medidas de precaución que se tomen, siempre existe la posibilidad de pérdidas por diversos factores, tales como rajaduras en la pared de la tubería, defecto en las junturas, corrosión, desgaste, entre otras.

El diagnóstico de fallas, disciplina enmarcada dentro del control tolerante a fallas (CTF), busca prevenir que fallas simples se conviertan en serias, con el fin de incrementar la eficiencia en la seguridad y reducir los riegos ante fallas. Este método implica tareas de detección y localización de pérdidas. La detección de pérdidas (DP) en tuberías es una aplicación industrial importante dentro del CTF, y ha sido un área de investigación activa en las últimas dos décadas [1-3, 7-9, 11-15].

En el campo de DP de fluidos (tanto líquidos como gases) en tuberías, se han investigado muchos métodos y técnicas para solucionar el problema.