AMH XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRULICA

ACAPULCO, GUERRERO, MXICO, NOVIEMBRE 2012 AMH

Introduccin

En los ltimos quince aos se ha trabajado en la medicin de

gasto en fuentes de abastecimiento con el fin de conocer el uso

y manejo del agua en los principales puntos de distribucin,

presas y canales. Los trabajos de instrumentacin de la

medicin estn acompaados de un importante programa de

mantenimiento con el objetivo de conservar la infraestructura

de medicin, adquisicin, transmisin y presentacin de datos

en funcionamiento.

La adecuada operacin de los sistemas de medicin remota de

gasto depende del correcto funcionamiento del equipo de

medicin de gasto, adquisicin, transmisin y presentacin de

datos. En sistema instalado es tan slido como la ms dbil de

sus componentes. Diferentes opciones se han usado para

resolver el problema de medicin remota, sin embargo no

todas ellas tienen el mismo desempeo.

En este trabajo se hace una descripcin de las componentes de

un sistema de medicin remota de gasto, una comparacin de

los equipos instalados, as como una revisin de los trabajos

de mantenimiento realizados; adems se mencionan las

principales fallas encontradas y se presentan las alternativas

tecnolgicas disponibles para mejorar su funcionamiento.

Sistema de Medicin Remota de Gasto

Un sistema de medicin remota de gasto est compuesto de

cuatro componentes principales: medidor de gasto; unidad de

adquisicin y almacenamiento de informacin; transmisor de

dato; presentacin de datos.

El medidor de gasto es la componente electrnica que se

encarga de calcular o inferir el gasto. De acuerdo a las

condiciones fsica e hidrulicas del lugar se selecciona el

mtodo rea velocidad (Q = A vm) o carga gasto (Q =f(h))

para determina el gasto que circula por la tubera o canal. En

el primer caso, los equipos determinan el gasto a partir de la

medicin del nivel (canal) y la velocidad del agua. El nivel es

usado para determinar el rea (A = F(h)) de la seccin

transversal del canal. En el caso de tuberas presurizadas el

rea es conocida. La o las velocidades medidas se utilizan, de

acuerdo a estndares o lineamientos internacionales, para

determinar la velocidad del agua (vm = F(v1,v2.....)). En los

puntos donde se tiene estructuras aforadores o secciones

calibradas se emplea la relacin carga-gasto para determinar el

gasto a partir de la medicin de nivel. En los primeros

sistemas de medicin instalados, la informacin de gasto y el

volumen totalizado se trasnfera a las unidades de adquisicin

y almacenamiento y transmisin, mediante pulsos, el pulso lo

produce el equipo cada vez que circula un determinado

volumen en la tubera o canal, por lo general 100 m3.

Figura 1. Medidor de Gasto en la Presa S. Bayacora

El sistema de adquisicin y almacenamiento de datos es una

computadora industrial de tipo unidad terminal remota (UTR)

o Datalogger que se encarga de recabar los datos recibidos del

medidor y almacenarlos en archivos para su anlisis posterior.

Los pulsos generados por el medidor se suman para obtener el

total del volumen que ha circulado por el medidor. El gasto se

determina en funcin de los pulsos recibidos en un

determinado tiempo. Los archivos almacenados en la UTR se

recuperan haciendo uso del puerto serial de una computadora

y un programa proporcionado por el fabricante de la UTR. Si

la UTR se llega a apagar los pulsos no son registrados y se

presentan diferencias entre el volumen calculado por la UTR y

el presente en el equipo de medicin de gasto.

El sistema de transmisin de datos es satelital. Al igual que la

UTR, el modem satelital tiene un programa que cuenta los

pulsos recibidos. Cada tres horas, el modem genera un paquete

de datos se indica el nmero de pulsos recibidos en intervalos

de tiempo preestablecidos. El programa del modem satelital

incorpora diferentes tcnicas de compactacin con el fin de

enviar la mayor cantidad de informacin con el menor nmero

de bits (octetos). El modem satelital utiliza una conjunto de

satlites de orbita baja los cuales, aproximadamente cada 30

minutos, estn disponibles para recibir los paquetes de datos

durante un perodo que vara de 2 a 10 minutos. Con los

satlites de orbita baja se generan tiempo de espera entre que

los datos estn listos para envo en el modem satelital y son

recibidos para su presentacin. El modem tiene capacidad para

almacenar ocho paquetes de datos en su cola de tranmisin. Si

un paquete no se puede enviar despus de 24 hrs de generado

se elimina. Los paquetes transmitidos por el modem satelital

son recuperados de los servidores de datos de la empresa que

maneja los satlites. De acuerdo al proceso de compactacin

usado y la relacin volumen pulso se calculan el gasto y el

volumen totalizado. La informacin calculada es colocada al

interior de correos electrnicos para su envo al sistema de

MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE TELEMEDICIN DE GASTO EN PRESA Y CANALES

Ruiz C. Victor M., Meja A. Victor G., Aguilar Ariosto, Pedroza Edmundo, Santana Emanuel

Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua

Paseo Cuauhnahuac 8542, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos 62550, Mxico

vmruiz, vmejia, aaguilar, epedroza @tlaloc.imta.mx

AMH XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRULICA

ACAPULCO, GUERRERO, MXICO, NOVIEMBRE 2012 AMH

presentacin de datos. El correo electrnico es una de las

formas ms seguras de envo de datos, ms no infalible. Si el

servidor que debe recibir el correo no esta disponible, el

servidor emisor del correo har intentos hasta poder mandarlo

por un tiempo determinado, generalmente 72 hrs. Para dar

mayor seguridad en la recepcin de los correos se cuenta con

dos diferentes cuentas localizadas en servidores de correo

diferentes. Los correos generados tiene la forma siguiente:

Correo con datos de la Presa Francisco Villa Tubo 2

*16/09/12,15:45:00,89,3,421,135900,268,0

*16/09/12,16:00:00,89,3,420,136200,268,0

*16/09/12,16:15:00,89,3,419,136600,267,0

con la siguiente informacin, separada por comas, de

izquierda a derecha: fecha; hora; cdigo que identifica el sitio

de medicin: cdigo de cifrado para facilitar la decodificacin

del dato; gasto; volumen; nivel o velocidad.

Figura 2. Unidad Registradora y Mdem Satelital en la Presa S.

Bayacora

Finalmente se tiene el sistema de presentacin de datos. Los

correos electrnicos son enviados a una cuenta de correo

donde una computadora los recupera. Como primer paso se

verifica el remitente de los correos. Una vez aceptado, se lee el

contenido de mismo y se verifica que cumpla con las

caractersticas mostradas anteriormente. Si el correo es

aceptado la informacin se pasa a una base datos SQL por ao

donde se almacena. Haciendo uso de un servidor WEB SQL

se presenta la informacin que solicita el usuario de la pgina

WEB cuando realiza su consulta en http://conagua.imta.mx.

El sistema de presentacin de presas est desarrollado para

trabajar en un ambiente Linux, en base a los lenguajes de

programacin : Perl, Java, Scrip's Bash, Php entre otros. Para

la graficacin de los datos se hace uso de Flash as como de

HTML5 y Java Script.

Durante la operacin del sistema de medicin remota de gasto

se observ que en algunos casos exista una diferencia entre el

volumen reportado por el sistema satelital y el recabado por el

medidor. Estas diferencias son producto de redondeos en los

clculos realizados, falta de lectura de algunos pulsos y en

gran medida originado por la prdida de energa en el modem.

Si este se apaga el volumen almacenado se reinicia en cero.

Por otro lado, el gasto reportado es funcin de los pulsos

recibidos en un determinado tiempo, es decir es un promedio

del gasto presente durante el tiempo en que se cuentas los

pulsos y no una lectura instantnea del medidor.

Modificaciones al Sistema de Medicin Remota de Gasto.

A partir de 2009 se trabajo en cuatro rubros para mejorar la

confiabilidad de los sistemas de medicin instalados. Estas

son:

Facilitar la recuperacin de los archivos de datos de la

unidad de adquisicin y almacenamiento mediante el uso

de memorias Flash USB.

Los datos determinados por el medidor de gasto, volumen,

gasto y nivel deben ser los usados por la unidad de

adquisicin y almacenamiento y el modem satelital. Estos

ltimos equipos no deben calcular ningn dato.

Recabar las experiencias sobre el desempeo de los

diferentes equipos instalados en los sistemas de medicin

remota de gasto instalados.

Estandarizar el circuito de alimentacin con el fin de

reducir fallas y facilitar el mantenimiento y usar energa

solar en los puntos donde se han detectado fallas en los

equipos producto de variaciones en el suministro elctrico.

Da con da es ms difcil encontrar una computadora porttil

que tenga puerto serial DB9 y el uso de convertidores USB a

serial no es del todo transparente para el comn de los

operadores en campo y en ocasiones se puede volver un serio

problema su uso. En varios sistemas de medicin remota de

gasto instalados se tiene la UTR SCADAPack LP de Control

Microsystems - Schneider para almacenar la informacin del

medidor de gasto. Para recuperar la informacin es necesario

hacer uso de una computadora con puerto serial y de un

programa proporcionado por el fabricante de la UTR. A partir

de 2008 se tiene disponible la unidad SCADAPack 330 la cual

permite copiar los archivos almacenados a una memoria Flash

USB El archivo recuperado es de tipo binario. Se debe usar el

programa SCADLog Converter para pasar estos archivos al

formato CSV, el cual puede ser ledo directamente por el

programa Excel. Los archivos binarios son muy pequeos

comparados con los CSV, por esta razn son los usados por la

UTR. Al no generar la UTR los archivos CSV no es posible

generar un rengln en el archivo que permita describir la

variable presente en cada columna como ha sido solicitado por

algunos usuarios del sistema de medicin, de ah que se han

entregado manuales que indican el procedimiento y los datos

presentes en cada columna.

Todos los equipos involucrados en el manejo de la

informacin del sistema de medicin deben manejar los datos

obtenidos por el medidor de gasto. Todos los medidores de

gasto instalados usan algn protocolo de comunicacin para

poder ser configurados, verificar su funcionamiento, o bien,

para consultar los valores de las mediciones recabadas. La

mayora de los equipos que tiene la opcin de consultar las

mediciones realizadas usan algn protocolo de comunicacin

industrial estndar. Los protocolos ms usados son MODBUS,

Hart o SDI12. Por desgracia, de los medidores de gasto

AMH XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRULICA

ACAPULCO, GUERRERO, MXICO, NOVIEMBRE 2012 AMH

instalados, menos del 20% usa un protocolo estndar. Para

resolver este problema se decidi usar la experiencia obtenida

con los medidores de Gasto instalados en el DR 04 Ro

Colorado en 2006. Haciendo uso de un analizador de

protocolo, herramienta que permite observar, registrar y

reproducir los mensajes que intercambian los medidores de

gasto con la computadora que los configura y/o verifica, fue

posible encontrar, descifrar y reproducir los menajes. La

estructura del mensaje tanto para solicitar el dato como la

respuesta del medidor fue programada en C en los equipos

SCADAPack. Se desarrollaron los programas para los equipos

Panametrics de General Electric, Risonic 2000 de Ritmeyer,

Argonaut de Sontek, Deltawave de Systec.

La unidad SCADAPack LP o 330 recupera la informacin del

medidor de gasto, la almacena para su anlisis posterior y la

coloca en registros, los cuales son consultados por el modem

satelital. Usando el protocolo MODBUS el modem consulta

los registros almacenados en la UTR. Para la transmisin

satelital se usan registros de 10 o 14 bits para gasto y

velocidad o nivel. Lo anterior quiere decir que la magnitud de

ests variables ser transmitida en registros que pueden tomar

valores entre 0 a 1024 (10 Bits) o 0 a 16384 (14 Bits). Los

datos de gasto podrn estar en m3/s con uno o dos decimales o

litros/s segn el sitio. La velocidad o nivel estar en m/s o m

con dos decimales. En el caso del volumen, este se maneja en

centenas de metro cbico usando 24 Bits, es decir, en un rango

de 0 a 1,677,721,600 m3. Para reducir el nmero de Bits

usados para enviar el volumen, se manda en incrementos

respecto al valor registrado en la muestra anterior. El cambio

mximo que se maneja es de 6,553,600 m3, 16 bits.

Diferentes equipos, tanto medidores de gasto como unidades

registradoras se han usado en los sistemas de medicin

instalados. En lo que toca a medidores de gasto en tuberas se

tienen los equipos: Panametrics de General Electric, Vantage

de Eastech, Endress & Hausser y Krohne. De esto equipos las

unidades Panametrics son las que han mostrado un mejor

desempeo y robustez a las difciles condiciones presentes en

los puntos instalados. En lo que toca a canales, se han usados

equipos Risonic de Ritmeyer y Deltawave de Systec. Con los

primeros se han tenido mejores resultados. Las condiciones de

operacin presentes en los puntos de medicin son difciles

debido al amplio rango de variaciones de temperatura,

humedad y variaciones en la fuente de alimentacin debidas a

descargas elctricas. En cuanto unidades registradoras y

adquisidoras de datos la unidad SCADAPack de Control

Microsystems es la ms utilizada. La versin LP ha sido

sustituida por la unidad 330 de 32 bits de menor costo y

mayor capacidad de memora y velocidad de clculo, adems

permite transferir datos va USB. Se debe tener mucho

cuidado con estas unidades en equipos donde se trabaja en 24

Volts, como en el caso de los equipos Ritmeyer. La razn es:

cuando llega a fallar el controlador de carga el voltaje en las

bateras conectadas en serie puede llegar a ser superior a los

32 Volts lo cual daa los equipos SCADAPack. Para evitar

estos problemas se recomienda remplazar el controlador de

carga cada cambio de bateras es decir cada dos aos o como

mximo cada cuatro. Es notable el nmero de unidades

SCADAPack daadas por la falla del controlador de carga.

Cada sistema de medicin remota de gasto instalado es un

caso nico dada la empresa involucrada en su instalacin. El

gabinete del equipo electrnico de cada sistema de medicin

es diferente dada la amplia gama de opciones usadas para

fuente de alimentacin, controlador de carga, fusibles, clemas,

canaletas, conectores, medidores de gasto, unidad de

adquisicin y almacenamiento, equipo de transmisin, pantalla

espejo y transmisor a pantalla espejo. Por otro lado, no todas

las componentes tienen el mismo desempeo y robustez.

Revisados los sistemas instalados se seleccionaron las mejores

componentes y se decidi estandarizar los equipos, en

particular el circuito electrnico de alimentacin de 12 o 24

VCD. En todos los casos el gabinete del equipo electrnico se

desarm totalmente. Los fusibles de vidrio instalado se

cambiaron por fusibles termo magnticos que no requieres de

piezas a sustituir. Se colocaron fusibles en todos los cables del

sistema. En los puntos donde se tenan serios problemas de

variaciones en el suministro elctrico se sustituy el

suministro a energa a solar. Se cambiaron las fuentes de

alimentacin por una con rangos de operacin ms amplios y

se opt por un circuito de alimentacin en el cual, el panel

solar y la fuente de alimentacin cargan la batera donde

toman energa todas las componentes del sistema de medicin

remota. As se reduce el efecto de las variaciones en el

suministro de AC que llega a lo equipos instalados.

Figura 3. Cambio de Circuito de alimentacin en el gabinete

electrnico de la Presa S. Bayacora.

Figura 4. Nuevo circuito de alimentacin de la unidad

registradora y el modem satelital y sistema dejado despus del

mantenimiento en la Presa S. Bayacora.

La experiencia recabada en los aos de operacin del sistema

indica que las bateras de respaldo se deben cambiar por los

menos cada 2 aos y slo debe considerarse el uso del 50% de

la capacidad de la batera para respaldo, adems se debe

considerar que los panales fotovoltaicos solo generan energa

por 4 horas al da. As mismo los controladores de carga a usar

deben desconectar la carga cuando el voltaje en la batera es

bajo.

AMH XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRULICA

ACAPULCO, GUERRERO, MXICO, NOVIEMBRE 2012 AMH

Adems de los cambios antes mencionados, se program la

UTR para que en caso de prdida de comunicacin con el

medidor de gasto se mande por el modem satelital un mensaje

de alarma. Bajo esta circunstancia el gasto y el nivel o

velocidad toman el valor de 991 o 9991 (10 o 14 bits). Al

modem satelital se le incorpor una segunda batera, en caso

de falla de la fuente principal de alimentacin, el modem

cuenta con energa para mandar mensajes de falla en el

suministro principal de energa.

Poco a poco se observa que las modificaciones han mejorada

la confiabilidad del sistema de medicin remota, facilitado el

mantenimiento del mismo y tambin han permitido que

apoyos locales reduzcan los tiempo de respuesta ante una falla

en los equipos.

Alternativas Tecnologas Disponibles

Da con da se tiene avances en los equipos usados en la

integracin de los sistemas de medicin remota de gasto

colocados. Los principales avances se tienen en la unidad

adquisidora, en el sistema de transmisin de datos y en la

presentacin de los datos.

En lo que toca a los sistemas de transmisin de datos, cada da

es ms frecuente encontrar seal de telefona celular en las

Presas y Canales donde se tienen los sistemas de medicin

remota de gasto. La telefona celular es una alternativa a la

comunicacin satelital. La telefona celular permite tanto la

comunicacin va IP con el uso de mensajes de texto SMS.

Algunas pruebas se han realizado en el Distrito de Riego 011,

Alto Ro Lerma, en el canal Coria Km 0+700, donde se mand

la informacin de gasto, volumen y nivel obtenidas por una

unidad Deltawave de Systec va correo electrnico. Adems

de la informacin hidrulica se mandan datos de diagnstico y

seguimiento del equipo electrnico instalado.

Figura 5. Correo electrnico enviado en la prueba del sistema en

el D. R. 011 Alto Ro lerma

En lo que toca a las UTR el aumento en velocidad y capacidad

de memoria permite la comunicacin IP mediante su puerto

Ethernet. Con la comunicacin IP es posible con la UTR

generar correos electrnicos, transferir archivos (FTP),

cambiar su programacin y revisar su funcionamiento.

Adems de la comunicacin IP la UTR se encargan de

manejar archivos de texto SMS en telefona celular. El

aumento de memoria en la UTR permite almacenar la

informacin en archivos CSV el cual puede ser ledo

directamente en Excel. Como el archivo se genera

directamente en la UTR es posible colocar en el primer

rengln de ste informacin sobre el dato almacenado en cada

columna.

Figura 6. Archivo de datos generado por la nueva UTR.

La incorporacin de herramientas que facilitan le presentacin

de datos y la localizacin de los sitios como Google Earth

hacen que sea ms fcil el acceso y uso de la pgina WEB

donde se presenta la informacin de los sitios con medicin

remota de gasto.

Conclusiones

Da con da se tienen opciones ms confiables y de menor

costo para el manejo del agua. Comunicacin celular, UTR de

menor costo y mayor capacidad, as como el ms fcil acceso

y uso ms amigable de servidores WEB son herramientas que

permitirn conocer de manera oportuna el funcionamiento de

la infraestructura hidrulica. Lo anterior reducir el tiempo,

esfuerzo y recursos que dedica el personal a recabar la

informacin indispensable para la toma de decisiones

requerida en el manejo de los sistemas hidrulicos.

Referencias

1.- Panamtrics (1997). Users Manual Model AT868

AquaTrans Ultrasonic Flow Transmitter for Water (1- & 2-

Channel) Waltham, Ma. EUA.