ES2490065B1 - Sistema de monitorización de desbordamientos en redes de tuberías - Google Patents

Abstract

Un sistema para monitorizar vertidos-descargas en una red de tuberías. Incluye al menos un sensor de temperatura (1) situado por encima del nivel de líquido ordinario, de forma que quede sumergida solamente en caso de vertido. También incluye una unidad de procesamiento (3) para recibir datos del sensor de temperatura (1) en diferentes momentos y para asociar una variación de la temperatura mayor que un umbral durante un intervalo de tiempo con un aumento del nivel de líquido en el conducto (2).#Particularmente, la invención es apropiada para identificar ocurrencia y duración de episodios de descargas del sistema de alcantarillado unitario (DSU) producidos en redes de saneamiento unitarias (RSU) durante condiciones de lluvia y/o vertidos no autorizados. Suponiendo diferencias de temperatura entre el agua residual de desbordamiento y la fase de gas del alcantarillado, el cambio de temperatura producido está relacionado con un episodio de DSU.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de monitorización de desbordamientos en redes de tuberías.

Campo de la invención

La invención se refiere a la detección de presencia de líquidos. La invención es aplicable a estructuras que transportan líquidos, tales como tuberías o canales, y está 5 específicamente diseñada para monitorizar vertidos en puntos de desbordamiento-descarga de redes de saneamiento unitario de aguas residuales.

Antecedentes de la invención

La técnica anterior relacionada con la invención trata principalmente de las redes de saneamiento y alcantarillado. La gestión de la escorrentía de aguas pluviales en las 10 ciudades es un reto de planificación urbana, debido al aumento constante de las áreas impermeables. La mayor parte del agua de lluvia se transfiere a los sistemas de alcantarillado subterráneos donde, en el caso de redes de saneamiento unitarias (RSU, en inglés CSS de Combined Sewer System), se mezcla con las aguas residuales de origen doméstico y/o industrial. 15

Ocasionalmente, durante fuertes lluvias, la capacidad de drenaje del alcantarillado no es suficiente para transferir la mezcla de agua de lluvia y las aguas residuales a las plantas de tratamiento de aguas residuales y, a continuación, se libera directamente al medio ambiente a través de aliviaderos, causando eventos comúnmente llamados episodios de descargas del sistema unitario de alcantarillado (DSU, o en inglés CSO de Combined 20 Sewer Overflow).

Los puntos de DSU están diseñados para evitar posibles situaciones de inundación en el sistema de alcantarillado y en las zonas urbanas, aunque a costa de contaminar el medio receptor con aguas residuales sin tratar. Debido a un aporte excesivo de agua (por ejemplo, fuertes lluvias), el agua y la escorrentía de aguas residuales se mezclan y luego 25 se vierten en el mar o en los ríos sin ser tratadas adecuadamente.

Los eventos de DSU tienen efectos nocivos para el medio ambiente ya que contaminan los cauces de agua. Los impactos incluyen el consumo de oxígeno disuelto en el agua durante y después de la descarga, debido a la entrada de materia orgánica y bacterias heterótrofas presentes en las aguas residuales, el aumento de la turbidez, aumento de la 30 concentración de microorganismos contaminantes, metales y microorganismos patógenos y fecales.

Algunas propuestas son conocidas en el estado de la técnica para abordar este problema. Por ejemplo, el documento WO2006054373A1 describe una planta de tratamiento para la descontaminación de agua recibida en un tanque durante episodios 35 de DSU mediante radiación ultravioleta y compuestos químicos.

Con el fin de tomar medidas para mejorar el rendimiento de la red de alcantarillado, debe ser deseable controlar los episodios de DSU. Las inspecciones visuales directas representan una forma sencilla de evaluar la aparición y la duración de DSU, pero requieren la presencia humana en el sitio. Por otro lado, el uso de sensores permite 40 realizar campañas precisas de monitorización con una intervención humana mínima. Diferentes sensores que difieren en principios y precios están disponibles actualmente en el mercado, incluyendo sensores de nivel, sensores de calidad del agua, medidores de conductividad. A este respecto, se conoce a partir del documento WO2011023658A1 un sensor sumergible capacitivo para detectar la presencia de agua durante un evento de 45 DSU.

Otros sensores también están disponibles para proporcionar información sobre la incidencia y la duración del DSU. Por ejemplo, el documento GB2393783A describe un sensor láser para dirigir un haz de luz sobre el líquido hacia un detector de luz reflejada. Así, es posible, mediante la aplicación de un procesamiento de la señal, estimar diferentes parámetros (velocidad, turbidez, nivel de altura, etc.) 5

En la técnica, también existen métodos indirectos. Este es el caso del documento US2003/0236639A1, que propone un método de análisis del rendimiento del alcantarillado a través de curvas gráficas de la profundidad respecto a la velocidad.

Se observa que las propuestas anteriores no son adecuadas para la mayoría de las instalaciones. Estos sensores son caros y requieren ajustes periódicos. Además, se 10 requiere personal cualificado para llevar a cabo el mantenimiento.

Finalmente, se conoce un documento de Hoes et al. "Locating illicit connections in storm water sewers using fiber-optic distributed temperature sensing" (Water Research 43 (20), 5.187 a 5.197). Propone una técnica para identificar conexiones ilícitas (que provoca una descarga que no está enteramente compuesta de agua de lluvia) utilizando detección de 15 temperatura distribuida (tecnología DTS). La DTS no es adecuada para estimar la frecuencia y la duración de los vertidos. Las medidas se obtienen usando un cable en largas distancias (hasta 30 km) con un mínimo de 1 m de resolución espacial y una resolución temporal de unos 30 segundos. Notablemente, estas dos características no son apropiadas para la detección de vertidos de DSU. El diámetro de las tuberías es 20 usualmente menor de 1 m. Además, en algunos casos se requiere una resolución temporal menor de 30 segundos para capturar el cambio de temperatura cuando se produce un desbordamiento.

Por el contrario, la presente invención propone un sistema de bajo coste, que es fácil de instalar, que requiere poco mantenimiento y supervisión. La invención es capaz de 25 detectar la presencia de líquidos con una resolución espacial de menos de 1 m. La medición de el acontecimiento y duración de los eventos de desbordamiento pueden servir para mejorar la calibración de modelos hidrodinámicos de alcantarillado y para entender mejor el rendimiento de la red de alcantarillado en condiciones meteorológicas de precipitación. 30

Descripción de la invención

Tal como se ha indicado, la presente invención se refiere a un sistema para monitorizar la presencia de las aguas residuales en un aliviadero de DSU a través de un sensor de temperatura que está situado en el interior de un canal o conducto, en una posición tal que no se sumerge durante condiciones de tiempo seco. La posición del sensor es tal 35 que en caso de un vertido queda sumergido en el agua. Este hecho permite al sensor medir dos temperaturas (la temperatura del aire en circunstancias de tiempo seco y la temperatura del agua cuando se produce un vertido). Estos sensores son capaces de resistir condiciones extremas durante largos periodos de tiempo y, a su vez, son de bajo coste. Además, la durabilidad y la accesibilidad se mejoran, mientras que la corrosión se 40 mitiga por el hecho de que el sensor está normalmente no sumergido.

El enfoque propuesto se puede extender a una red de tuberías o canales mediante la distribución de varios sensores de temperatura dentro de los mismos. Los sensores pueden medir a intervalos específicos y los valores medidos se pueden obtener manual o automáticamente mediante unidades de lectura para su análisis en un procesador, 45 preferiblemente en una ubicación remota.

Sobre la base de los valores recogidos en diferentes intervalos de tiempo, el procesador

identifica los cambios bruscos de temperatura y asocia esos cambios con la presencia o ausencia de líquido (por ejemplo, agua o aguas residuales). Por lo tanto, se puede determinar la existencia de un evento de vertido y también su duración. A tal efecto, es importante elegir correctamente la posición de colocación del sensor en el canal.

Breve descripción de las figuras 5

Las características de la invención se entenderán mejor con referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran una realización preferida de la invención.

En los dibujos:

La figura 1 muestra un diagrama de bloques.

La figura 2 muestra en la figura 2A un ejemplo de dos escenas que representan la 10 situación normal durante tiempo seco y un evento de DSU en la figura 2B. Por último, la figura 2C es una curva que representa la temperatura y el caudal en función del tiempo.

Se apreciará que por simplicidad y claridad de ilustración, los elementos mostrados en las figuras no han sido necesariamente dibujados a escala.

Descripción detallada de una realización 15

Para el propósito de interpretar mejor la invención y sus ventajas, una realización de ejemplo de una red de alcantarillado se describe con referencia a los dibujos adjuntos. Se debe entender que la invención, sin embargo, es adecuada para otros usos. También es adecuada para controlar vertidos de líquidos en otras estructuras que transportan líquidos. 20

Se hace mención ahora a la figura 1, donde se muestran las relaciones entre los dispositivos y los componentes. El sensor de temperatura 1 mide la temperatura en el interior de una tubería 2 de una red de alcantarillado. Suponiendo que las diferencias de temperatura entre el agua que se vierte del alcantarillado y la fase gas del aliviadero (aire), el cambio de temperatura que se produce durante un evento de lluvia está 25 vinculado a una ocurrencia de un evento de DSU. Para ello, el sensor 1 se coloca en una posición dentro de la tubería que está por debajo del nivel de agua durante un evento de DSU, y por encima del nivel del agua en otras circunstancias. Los datos obtenidos por el sensor se almacenan en una memoria 4. Una unidad de lectura de 5 lee los datos desde el sensor 1. La unidad de lectura 5 puede leer los datos de forma inalámbrica 30 (ópticamente o a través de radio). Sin embargo, a veces se necesita que el sensor 1 y la unidad de lectura 5 estén conectados por cable para evitar problemas de comunicación, tal como atenuación o interferencia dentro de un conducto. Los datos leídos incluyen información de la temperatura medida y, opcionalmente, el momento de las medidas y/o el nivel de la batería. Alternativamente, el momento de las medidas puede ser 35 proporcionado por la unidad de lectura 5 cuando se lee el sensor 2.

Una unidad de procesamiento 3 recibe información de la temperatura en intervalos de tiempo. La unidad de procesamiento 3 puede sondear la unidad de lectura o la unidad de lectura puede enviar información periódicamente. De una forma sincrónica o asincrónica, la unidad de procesamiento 3 calcula las diferencias de temperatura entre las muestras y 40 determina si se produce un vertido en dependencia de la magnitud del cambio de temperatura.

En la figura 2, se muestra un ejemplo de red de saneamiento unitaria. Tal como se puede ver, hay una porción de la tubería que conduce a una planta de tratamiento de aguas residuales y otra porción de la tubería que conduce a un curso de agua (río, mar, etc.). 45

Este último se llama aliviadero y no debe conducir el agua en circunstancias normales de tiempo seco. La conexión de las dos porciones de conducto incluye en general una estructura para contener agua, tal como un dique o una barrera para evitar que el agua sin tratar sea liberada. Durante un desbordamiento, el agua que fluye supera el nivel de presa y luego es liberado al medio ambiente sin ser tratada adecuadamente. 5

En estas situaciones, la superficie de presa es una posición ventajosa para conectar el sensor, ya que cumple con estar bajo el agua sólo cuando se produce el desbordamiento.

Referencias numéricas

1 Sensor de temperatura

2 Conducto 10

3 Unidad de procesamiento

4 Memoria

5 Unidad de lectura

6 Presa

7 Curso de agua 15

Claims (9)

1. 
   
   

   REIVINDICACIONES

   1. Sistema para la monitorización de desbordamientos en redes de tuberías, caracterizado por que comprende:

   - al menos un sensor de temperatura resistente al agua (1) configurado para medir la temperatura, siendo el sensor acoplable al conducto interior (2) en una posición por 5 encima del nivel ordinario de líquido,

   - una unidad de procesamiento (3) configurada para recibir datos de la temperatura del al menos un sensor de temperatura (1) en diferentes momentos, estando la unidad de procesamiento (3) configurada también para asociar una variación de la temperatura mayor que un umbral durante un intervalo de tiempo con un aumento del nivel de líquido 10 en el conducto (2).
2. 2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende una memoria (4) configurada para almacenar información de la temperatura, estando la memoria (4) acoplada con un sensor de temperatura (1).
3. 3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado por que comprende una unidad de 15 lectura (5) configurada para leer la información almacenada en la memoria (4).
4. 4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado por que la unidad de lectura (5) está configurada para transmitir datos a través de radio.
5. 5. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado por que la unidad de lectura (5) está conectada a la memoria (4). 20
6. 6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la unidad de procesamiento (3) es remota.
7. 7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un sensor de temperatura (3) está fijado a una estructura de contención de agua (6) en el interior del conducto (2). 25
8. 8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado por que para una pluralidad de conductos interiores (2), hay una pluralidad de sensores de temperatura a prueba de agua (1) distribuidos a lo largo de los conductos (2) de manera que, cada uno está situado en una posición correspondiente a un nivel de líquido diferente dentro de los conductos (2). 30
9. 9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conducto (2) es una alcantarilla y la estructura de contención de agua (6) es una presa.