Estudio del comportamiento metrológico de los contadores de agua bajo un regimen de funcionamiento variable

Abstract

[ES] Las pérdidas de agua comúnmente conocidas de manera técnica como Agua No Contabilizada (ANC), se definen como la diferencia entre el volumen de agua inyectado a la red, desde la planta de potabilización, y el volumen registrado por los contadores de agua de los usuarios (Alegre, 2006). Numerosos estudios hacen referencia al deficiente estado de muchos sistemas de distribución y se reporta la existencia de abastecimientos donde el porcentaje de ANC alcanzan cifras de hasta un 70% del volumen inyectado. El ANC se puede subdividir, a su vez, en dos componentes: las pérdidas físicas y las pérdidas comerciales. Las primeras, tienen habitualmente más peso en términos de volumen. No obstante, las pérdidas comerciales son equiparables en términos de coste para la empresa, de ahí su importancia. Una gran parte de las pérdidas comerciales son debidas a errores de medición, por subcontaje, de los contadores de agua (Arregui et al. 2006, Fontanazza et al, 2013). Para que los contadores de agua en una red puedan ser utilizados, deben cumplir con especificaciones y parámetros establecidos por entidades como: La Organización Internacional para la Estandarización (ISO), la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML), el Comité Europeo de Normalización (CEN), entre otros. Estas organizaciones evalúan metrológicamente los contadores en condiciones de flujo permanente, es decir, ensayando los contadores de agua haciendo circular un caudal constante. Sin embargo, este tipo de funcionamiento difiere del modo en que en realidad deben trabajar en campo, pues lo habitual es que el régimen de caudales a través del contado sea variable y se observe un régimen de funcionamiento intermitente. Hasta la fecha, la mayor parte de los medidores que se han venido utilizado son medidores con un principio de funcionamiento mecánico. Actualmente se están empezado a instalar contadores con un principio de medición que no emplea piezas móviles. Son los denominados contadores no mecánicos o contadores de estado sólido. De los aparatos más utilizados de este tipo están los de tipo electromagnéticos y de ultrasonido. Una característica común a todos ellos es que los medidores para funcionar requieren la utilización de una batería. Con el fin de reducir el consumo de energía y aumentar la durabilidad de las baterías, los fabricantes programan los contadores para muestrear el flujo de agua con diferentes intervalos de tiempo (según el algoritmo propietario de cada fabricante). Debido al intervalo de toma de muestra, en condiciones de flujo no estacionario o cuando las duraciones de los consumos son cortas, estos contadores podrían presentar medidas por encima o por debajo de lo que en realidad se está consumiendo. Este efecto que provoca el flujo intermitente podría también aparecer en contadores mecánicos de velocidad. Estos cuentan con hélices de cierto peso que, al girar, contabilizan la cantidad de agua que se trasiega. Estas pequeñas turbinas poseen cierta inercia, la cual podría mantenerse girando al finalizar un consumo. Esta circunstancia podría ser significativa de cara a la medición de los consumos de agua, pudiendo provocar, según el diseño del medidor, un error de medida importante. Con los condicionantes comentados, un técnico en metrología podría plantearse si evaluar un contador bajo condiciones de caudal permanente es suficiente para garantizar que los consumo de los usuarios, que se producen en condiciones de caudal variable, es adecuado. Precisamente en este trabajo se analizará cuando un contador bajo condiciones de funcionamiento no estables, podría presentar cambios en la curva de error que condujesen a una medición de la exactitud con la que se registran los consumos. Adicionalmente, se evaluará desde un punto de vista económico, la significancia y repercusiones que podrían darse de existir una alteración en la curva de error por este concepto. Buscando proteger al consumidor y a la empresa de errores de medida de los instrumentos, y de misma manera, garantizar la selección de un modelo óptimo para determinados patrones de consumo, se realizará una evaluación en un banco de ensayos montado, específicamente, para producir variabilidad en el flujo, mediante el cierre y apertura de diversos circuitos. Dicho banco está compuesto de electroválvulas y un controlador lógico programable, y a su vez, preparado para simular diferentes patrones de consumo, los que se asemejan a reproducir un modelo de la demanda doméstica, y de esta forma, examinar el comportamiento metrológico real de los contadores de agua bajo condiciones de flujo variables. Los resultados obtenidos en este experimento serán analizados estadísticamente, estos datos podrán dar conclusiones que permitan determinar la eficiencia de cada contador bajo régimen de funcionamiento variable. De la misma forma, dicha experimentación se utilizará para crear un programa de ensayo que sirva como referencia para futuras evaluaciones del comportamiento de los contadores de agua bajo condiciones de flujo transitorio

[EN] Water losses commonly known in a technical way as Non-Revenue Water (NRW), are defined as the difference between the volume of water injected into the network, from the water treatment plant, and the volume recorded by users' water meters (Alegre, 2006). Numerous studies refer to the poor state of many distribution systems and the existence of supplies is reported where the percentage of NRW reaches figures of up to 70% of the injected volume. The RNW can be subdivided, in turn, into two components: physical losses and commercial losses. The former usually have more weight in terms of volume. However, commercial losses are comparable in terms of cost to the company, hence its importance. A large part of the commercial losses is due to measurement errors, by sub-accounting, of the water meters (Arregui et al. 2006, Fontanazza et al, 2013). For water meters in a network to be used, they must comply with specifications and parameters established by entities such as: The International Organization for Standardization (ISO), the International Organization of Legal Metrology (OIML), the European Committee for Standardization ( CEN), among others. These organizations metrologically evaluate the meters in permanent flow conditions, that is, by testing the water meters by circulating a constant flow rate. However, this type of operation differs from the way in which they should actually work in the field, since it is customary for the flow rate regime to be variable and a system of intermittent operation to be observed. So far, most of the meters that have been used are meters with a mechanical operating principle. Currently, meters with a measuring principle that does not use moving parts are being installed. They are called non-mechanical counters or solid-state counters. Of the most used devices of this type are those of electromagnetic and ultrasound type. A characteristic common to all of them is that the meters to operate require the use of a battery. In order to reduce the energy consumption and increase the durability of the batteries, the manufacturers program the meters to sample the water flow with different time intervals (according to the proprietary algorithm of each manufacturer). Due to the sampling interval, in conditions of non-stationary flow or when the consumption durations are short, these meters could present measures above or below what is actually being consumed. This effect that causes intermittent flow could also appear in mechanical speed counters. These have propellers of a certain weight that, when turned, account for the amount of water that is transferred. These small turbines have some inertia, which could keep turning at the end of consumption. This circumstance could be significant in the face of the measurement of water consumption, and can cause, according to the design of the meter, an important measurement error. With the aforementioned conditions, a metrology technician could consider whether evaluating a meter under permanent flow conditions is sufficient to ensure that user consumption, which occurs under conditions of variable flow, is adequate. Precisely in this work it will be analyzed when a counter under non-stable operating conditions could present changes in the error curve that lead to a measurement of the accuracy with which the consumption is recorded. Additionally, it will be evaluated from an economic point of view, the significance and repercussions that could occur if there is an alteration in the error curve for this concept. Seeking to protect the consumer and the company from measurement errors of the instruments, and in the same way, to guarantee the selection of an optimal model for certain consumption patterns, an evaluation will be carried out in a test bench mounted specifically to produce variability in the flow, by closing and opening various circuits. This bank is composed of solenoid valves and a programmable logic controller, and in turn, prepared to simulate different consumption patterns, which are similar to reproducing a model of domestic demand, and in this way, examining the actual metrological behavior of the meters of water under variable flow conditions. The results obtained in this experiment will be analyzed statistically, these data may give conclusions that allow determining the efficiency of each meter under a variable operating regime. Similarly, such experimentation will be used to create a test program that serves as a reference for future evaluations of the behavior of water meters under transient flow conditions.

[CA] Les pèrdues d'aigua comunament conegudes de manera tècnica com a Aigua No Comptabilitzada (ANC), es defineixen com la diferència entre el volum d'aigua injectat a la xarxa, des de la planta de potabilització, i el volum registrat pels comptadors d'aigua dels usuaris (Alegre, 2006). Nombrosos estudis fan referència al deficient estat de molts sistemes de distribució i es reporta l'existència de proveïments on el percentatge de ANC aconsegueixen xifres de fins a un 70% del volum injectat. El ANC es pot subdividir, al seu torn, en dos components: les pèrdues físiques i les pèrdues comercials. Les primeres, tenen habitualment més pes en termes de volum. No obstant això, les pèrdues comercials són equiparables en termes de cost per a l'empresa, d'ací la seua importància. Una gran part de les pèrdues comercials són degudes a errors de mesurament, per subcontaje, dels comptadors d'aigua (Arregui et al. 2006, Fontanazza et al, 2013). Perquè els comptadors d'aigua en una xarxa puguen ser utilitzats, han de complir amb especificacions i paràmetres establits per entitats com: L'Organització Internacional per a l'Estandardització (ISO), l'Organització Internacional de Metrologia Legal (OIML), el Comité Europeu de Normalització (CEN), entre altres. Aquestes organitzacions avaluen metrológicament els comptadors en condicions de flux permanent, és a dir, assajant els comptadors d'aigua fent circular un cabal constant. No obstant això, aquest tipus de funcionament difereix de la manera en què en realitat han de treballar en camp, perquè l'habitual és que el règim de cabals a través del comptador siga variable i s'observe un règim de funcionament intermitent. Fins hui, la major part dels mesuradors que s'han vingut utilitzat són mesuradors amb un principi de funcionament mecànic. Actualment s'estan començat a instal·lar comptadors amb un principi de mesurament que no empra peces mòbils. Són els denominats comptadors no mecànics o comptadors d'estat sòlid. Dels aparells més utilitzats d'aquest tipus estan els de tipus electromagnètics i d'ultrasò. Una característica comuna a tots ells és que els mesuradors per a funcionar requereixen la utilització d'una bateria. Amb la finalitat de reduir el consum d'energia i augmentar la durabilitat de les bateries, els fabricants programen els comptadors per a mostrejar el flux d'aigua amb diferents intervals de temps (segons l'algorisme propietari de cada fabricant). A causa de l'interval de presa de mostra, en condicions de flux no estacionari o quan les duracions dels consums són curtes, aquests comptadors podrien presentar mesures per damunt o per davall del que en realitat s'està consumint. Aquest efecte que provoca el flux intermitent podria també aparéixer en comptadors mecànics de velocitat. Aquests compten amb hèlices de cert pes que, en girar, comptabilitzen la quantitat d'aigua que es trasiega. Aquestes xicotetes turbines posseeixen certa inèrcia, la qual podria mantindre's girant en finalitzar un consum. Aquesta circumstància podria ser significativa de cara al mesurament dels consums d'aigua, podent provocar, segons el disseny del mesurador, un error de mesura important. Amb els condicionants comentats, un tècnic en metrologia podria plantejar-se si avaluar un comptador sota condicions de cabal permanent és suficient per a garantir que els consums dels usuaris, que es produeixen en condicions de cabal variable, és adequat. Precisament en aquest treball s'analitzarà quan un comptador sota condicions de funcionament no estables, podria presentar canvis en la corba d'error que conduïren a un mesurament de l'exactitud amb la qual es registren els consums. Addicionalment, s'avaluarà des d'un punt de vista estadístic, la significança i repercussions que podrien donar-se d'existir una alteració en la corba d'error per aquest concepte. Buscant protegir al consumidor i a l'empresa d'errors de mesura dels instruments, i de mateixa manera, garantir la selecció d'un model òptim per a determinats patrons de consum, es realitzarà una avaluació en un banc d'assajos muntat, específicament, per a produir variabilitat en el flux, mitjançant el tancament i obertura de diversos circuits. Aquest banc està compost d'electrovàlvules i un controlador lògic programable, i al seu torn, preparat a simular diferents patrons de consum, els que s'assemblen a reproduir un model de la demanda domèstica, i d'aquesta forma, examinar el comportament metrològic real dels comptadors d'aigua sota condicions de flux variables. Els resultats obtinguts en aquest experiment seran analitzats estadísticament, aquestes dades podran donar conclusions que permeten determinar l'eficiència de cada comptador sota règim de funcionament variable. De mateixa forma, aquesta experimentació s'utilitzarà per a crear un programa d'assaig que servisca com a referència per a futures avaluacions del comportament dels comptadors d'aigua sota condicions de flux transitori.