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Las ciudades inteligentes están explotando el poder de la Internet de las cosas para evitar el desperdicio de agua.

Las ciudades inteligentes han sido descritas como áreas urbanas que explotan la tecnología digital para hacer un uso más eficiente de todos los recursos. Aparte de la energía, quizás el activo más importante que debe gestionarse es el agua. Para administrar el agua, lo primero que se debe saber es cuánto de eso deja un punto, y luego cuánto llega a donde se supone que debe ir a continuación.

La medición del agua, el cálculo de la cantidad de agua que ha pasado a través de una sección de la tubería, se ha realizado tradicionalmente con medidores de flujo mecánicos. Grandes, engorrosos y difíciles de manejar, estos dispositivos son notoriamente imprecisos y propensos a averías mecánicas.

Aquí, repasaremos los conceptos detrás de los medidores de flujo, algunos ejemplos de hardware, y consideraremos cómo la conectividad ha cambiado las utilidades que miden en la IoT. También destacaremos un nuevo ejemplo de los datos de medición inteligente que se transmiten a través del NB-IoT para la gestión de servicios públicos en China.

Los nuevos bloques de construcción: Medición de agua sónica

Los últimos años han sido testigos del desarrollo de medidores de flujo de agua basados ​​en la electrónica. El tipo más común se basa en el principio de medición de sonido, un concepto que describo con más detalle en una subsección de mi artículo sobre conversores de tiempo a digital.

En la siguiente ilustración, "A" y "B" son transductores de sonido, ambos capaces de enviar y recibir sonidos. Uno envía y el otro recibe, y se registra la hora, luego se invierte la secuencia.

Un diagrama de ejemplo de un caudalímetro de agua. Imagen de Maxim integrada.

Debido a que el sonido se está moviendo a través del agua que fluye, la onda de sonido que viaja en la dirección del flujo se mueve más rápido. En la dirección inversa, la onda de sonido que se mueve contra el flujo se ralentiza. Si imaginas a un equipo de tripulación remando en un bote en un río, los remeros se moverán más rápido río abajo de lo que lo harían río arriba.

Estos tiempos medidos se restan, lo que produce la velocidad del agua. Combinada con el diámetro de la tubería, la inteligencia electrónica a bordo puede determinar el volumen de agua que atraviesa la tubería por unidad de tiempo.

Existen muchos dispositivos que utilizan este principio y otros métodos para eliminar completamente las partes móviles en los medidores de flujo de agua. Un ejemplo es el SLF3x de Sensirion, que se muestra a continuación.

El SLF3x. Imagen de Sensirion.

Observe que, a diferencia de un sensor mecánico clásico, no hay una lectura visible; más bien, hay una conexión eléctrica en lugar de una lectura visual. El SLF3x codifica sus mediciones en señales digitales, el I²Protocolo de C, específicamente. Esto es común en los sensores de flujo modernos, basados ​​en la electrónica, y es un punto crítico por varias razones.

Un énfasis en la conectividad: la medición inteligente de IoT

La rápida adaptación de la IoT (Internet de las cosas) ha sido acompañada por un gran progreso en la conectividad inalámbrica. Como tal, los problemas asociados a las conexiones por cable en entornos húmedos sin controles de temperatura pueden evitarse por completo.

Esto se puede lograr acoplando medidores de flujo con dispositivos como el SARA-R510M, que describo en mi artículo sobre un módulo 5G de u-blox. Este dispositivo específico utiliza la tecnología de radio NB-IoT (internet de banda estrecha de las cosas) para el menor consumo de energía posible. Lo más importante es que también podrá explotar 5G cuando su disponibilidad se generalice.

El módulo SARA-R5 LTE-M y NB-IoT. Imagen de u-blox

Con los sensores mecánicos de la vieja escuela, para averiguar cuánta agua ha pasado a través de un punto dado, un lector de medidor humano tiene que aventurarse en cualquier esquina remota en la que esté instalado el medidor y anotar el valor. Esto lleva tiempo y cuesta dinero. Con dispositivos como el SLF3x, la señal eléctrica se transmite a un punto central desde donde se puede acceder de manera más conveniente.

Con múltiples sensores en varios puntos a lo largo del flujo de agua, se pueden hacer comparaciones. Si no coinciden con las mediciones esperadas, se sospechará una fuga que luego se puede investigar y reparar antes de que empeore. Esto, de nuevo, ahorra tiempo y dinero.

La comunicación con SLF3x es bidireccional. Esto significa que, si se desea, las lecturas se pueden hacer solo periódicamente. Esto ahorra energía, lo que significa que el reemplazo de la batería será un requisito extremadamente infrecuente, una ventaja importante si el dispositivo está ubicado en una ubicación de difícil acceso.

Iniciativas de medición inteligente en el mundo real: la plataforma de China Water Utilities

Ahora se puede transmitir a una ubicación central una medición sólida en tiempo real de la cantidad de agua que fluye a través de los medidores de flujo de agua de forma electrónica sucesivos. Como se mencionó anteriormente, al restar la medición de la anterior se obtiene una medición de cuánto se pierde a través de una fuga. Este es el modo principal de la Plataforma de Servicios de Agua de China, una colaboración afectada entre ams, Qingdao iESLab Electronic Co., Ltd. y Jiangxi Water Group Co., Ltd.

El proyecto, anunciado esta semana, implica el uso de medidores de agua ultrasónicos y tecnologías NB-IoT basadas en Alibaba Cloud. Jiangxi empleará diseños de medidores de agua basados ​​en las soluciones de medición de flujo por ultrasonidos de AMS conectadas a la red a través de una red inalámbrica NB-IoT.

El dispositivo de medición empleado es el módulo de detección de flujo ultrasónico iESLabs IA-UWM-2-GP30-DN20. El chip sensor de flujo ultrasónico TDC-GP30 de ams es uno de los componentes principales del módulo.

El módulo de detección de flujo por ultrasonidos IA-UWM-2-GP30-DN20 del fabricante chino iESLabs presenta el IC ams TDC-GP30. Imagen de ams.

Un objetivo del proyecto es una demostración de las posibilidades de "dividendos de big data" inherentes a la medición ultrasónica de agua. Se espera que los datos en tiempo real y de alta precisión obtenidos ayuden a Jiangxi a comprender mejor los perfiles de uso de los clientes para administrar dinámicamente su infraestructura y servicios de distribución de agua a aproximadamente 10 millones de hogares.

Lo más importante es que se espera que la reducción del desperdicio de agua se pueda lograr ubicando con precisión las fugas y permitiendo que la administración efectúe rápidamente las reparaciones.

Pagos de Big Data para futuros sistemas de servicios públicos

Los datos en tiempo real de millones de ubicaciones se amalgamarán utilizando redes celulares y se enviarán a un centro de datos virtual proporcionado por Alibaba Cloud. El Big Data puede ser minado a través de análisis de datos.

Jiangxi obtendrá un conocimiento invaluable de las ubicaciones, el tiempo y las tasas de consumo de agua. Los problemas pequeños se pueden marcar antes de que se conviertan en grandes problemas. Y, con un mejor conocimiento de las condiciones en el terreno, la compañía podrá realizar un mejor trabajo de implementación de recursos para necesidades ahora mucho más claramente definidas.