Automatización de los servicios públicos
Alguna vez se han preguntado cómo será la automatización de un servicio público, en este escrito abordaremos en particular las plantas de tratamiento de agua.
Todos sabemos la importancia del agua para la humanidad, tan solo el 1% del agua dulce se encuentra en cuencas hidrográficas, del cual solo el 0.025% (de ese 1%) es potable; para tener una idea de la escasez del agua potable en el mundo utilizaremos datos de la UNICEF que indican que, para junio de 2019, una de cada tres personas en el mundo no tenía acceso a agua pura, estos datos nos generan una idea de la importancia de esta para la vida humana.
¿Cuál es la importancia de las potabilizadoras?
Las potabilizadoras se encargan de procesar el agua para que la población pueda consumirla sin que presente algún riesgo para la salud, ya que en el tratamiento se eliminan sustancias que resultan tóxicas para las personas.
Planta potabilizadora de Arraiján (Howard) / IDAAN
En las plantas potabilizadoras se miden diferentes tipos de variables, ya que la prioridad de estas es garantizar que la calidad del agua sea apta para el consumo humano.
El proceso de potabilización en etapas
Todas las plantas tienen procesos parecidos en su gran labor de tratar el agua, en su mayoría empiezan por eliminar los sólidos de gran tamaño (pretratamiento); generalmente se colocan trampas como rejas para ramas, hojas y otros sólidos, con el fin de que no se filtren hacia la planta. Este proceso se hace en la llamada toma de agua que se coloca en el río donde se obtendrá el agua.
La parte que sigue del proceso, generalmente, se llama floculación o coagulación, en la cual se agregan algunos aditivos químicos al agua con el objetivo de favorecer la separación de partículas muy finas que presentan gran estabilidad en el agua y que por obligación deben ser separadas de esta, ya que las mismas pueden entorpecer los procesos que siguen en la potabilización.
Luego de la floculación sigue un proceso muy importante llamado decantación, el mismo se encarga de separar -por gravedad- las partículas en suspensión que están dentro del agua, las partículas más densas se quedan en el fondo, de donde son sacadas con algunos dispositivos diseñados para este procedimiento.
El proceso de filtración es uno de los más interesantes, ya que se hace pasar el agua por medio de diferentes materiales para eliminar los sedimentos menos densos que no fueron eliminados en la decantación.
Por último, pero no menos importante, el proceso de desinfección del agua, en el cual se añade cloro para eliminar cualquier tipo de bacteria o virus. Luego de todos estos procesos vienen los respectivos análisis del agua en donde las plantas deben garantizar que el agua sea incolora, inodora e insípida, lo cual se logra por medio de diferentes químicos.
Sedimentador Núm. 2. Planta potabilizadora de Algarrobos, David, Chiriquí / Luis Montes
Infografía sobre el proceso de potabilización del agua / María Gabriela Herrera
Pero ¿cómo se automatiza todo esto?
Las plantas potabilizadoras están llenas de válvulas, las mismas se acoplan a actuadores (un equipo capaz de mover una válvula por medio de un motor, existen muchos actuadores, pero dependerá de cada ampliación) en su mayoría eléctricos, para no tener a un operador desgastándose físicamente en la apertura o el cierre de dicha válvula.
Actuadores AUMA acoplados a válvulas para sistemas redundantes/ AUMA
Estos equipos son de gran importancia en las plantas, ya que los mismos permiten la apertura y el cierre de las válvulas para la distribución del agua, incrementando la eficiencia de la planta con un proceso automatizado. Estos sistemas tienen ventajas, ya que pueden ser controlados de manera local por medio de un operador, pero también pueden ser operados de manera remota desde un ordenador a distancia, esto ayuda a simplificar el trabajo de los operadores, ya que no deben ir físicamente a abrir ninguna válvula, sobre todo si están distantes entre sí o si son muchas.
Durante el pretratamiento, los actuadores acoplados a válvulas -en la mayoría de los procesos en plantas potabilizadoras- se encargar de controlar la entrada de agua a la planta; en la decantación se utilizan para poder expulsar los sedimentos más densos del agua. En la filtración, su función es controlar la entrada de agua hacia cada filtro, la salida de agua luego de ser filtrada, para ingresar agua de retrolavado al filtro para poder lavarlo, para controlar la entrada de aire para la limpieza del filtro, para drenar el agua después del proceso de retrolavado y también para desaguar el filtro.
Otros dispositivos importantes en la automatización de las plantas, sin duda, son las bombas. En las plantas, los sistemas de bombeo se utilizan para diferentes propósitos, desde enviar agua a una población como también bombas dosificadoras de químicos para la desinfección y tratamiento del agua.
Bomba dosificadora MEMDOS LB Jesco / Jesco
Todos los sistemas de bombeo pueden ser controlados de manera remota desde un cuarto de centralización de manejo de equipos.
Una de las partes más importantes en estos sistemas de tratamiento de agua es la instrumentación, que es la encargada de todas las mediciones para validar la calidad del agua tratada y que se envía a la población, los datos que se miden son los siguientes:
§ Caudal de agua en la entrada y la salida: se utilizan caudalímetros para medir los galones de agua por minuto que entran a la planta.
§ pH del agua en la entrada y la salida: se utilizan medidores de pH.
§ Turbiedad del agua a la entrada y salida: se utilizan turbidímetros y se miden en NTU.
§ Conductividad del agua: se utilizan medidores de conductividad que miden en micro siemens por cm (μS/cm).
§ Cloro residual: medidores de cloro en mg/l.
Todos estos instrumentos van conectados a un sistema de centralización llamado SCADA (supervisión, control y adquisición de datos), en donde se puede controlar y hacer rutinas tanto para la limpieza de los filtros como también para abrir o cerrar cualquier válvula de cualquiera de los procesos de potabilización. Estos sistemas están controlados por PLC (controlador lógico programable) que se encarga de la recolección y gestión de todos los datos de instrumentos, bombas y actuadores. Los sistemas SCADA facilitan el funcionamiento de las plantas, ya que centralizan y analizan los datos necesarios para que la calidad del agua se mantenga dentro de los valores recomendados.
Idealmente, los sistemas SCADA están preparados para recibir los datos de los instrumentos y, automáticamente, por su lógica de programación poder encender y variar la cantidad de dosificación de químicos del agua para mantener la calidad en su valor máximo, como también abrir o cerrar cualquier válvula dentro de los filtros para mantener cualquier sedimento fuera del agua.
Ejemplo de arquitectura PROFINET de sistema SCADA / infoPLC
¿Qué esperar en el futuro cercano?
Las plantas potabilizadoras -con el tiempo- irán migrando a sistemas, no solo con lógica de programación por medio de los PLC, sino también a integrar sistemas de inteligencia artificial para poder abarcar más datos de los que actualmente se utilizan, por ejemplo, un código de inteligencia artificial podría aproximar la probabilidad de que la producción de agua baje basando sus datos en la información del sistema climatológico de una región, este es solo un pequeño pronóstico del futuro cercano en la automatización de los sistemas de agua potable.
Luis Montes / Ingeniero eléctrico y electrónico con énfasis en automatización industrial
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