Proyecto de investigación DeichSCHUTZ: Medidas fiables para frentes de agua más seguros

Proyecto de investigación DeichSCHUTZ: Medidas fiables para frentes de agua más seguros

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Hydrology

En situaciones de inundaciones extremas, las esperanzas de las personas afectadas residen únicamente en los diques: ¿aguantarán o no? La falla de un dique como la inundación de 2013 en Fischbeck (Sajonia-Anhalt) causó inmensos daños en las áreas del interior, que continúan teniendo un impacto hasta el día de hoy. El proyecto de investigación activo DeichSCHUTZ (protección de diques) en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen está involucrado en un innovador sistema de protección de diques que podría prevenir fallas de este tipo.

Solo en Alemania, los diques fluviales protegen muchos miles de kilómetros de tierras costeras. Desde la perspectiva tecnológica actual, se están construyendo diques que constan de tres zonas. Las zonas individuales, vistas desde el lado del agua hasta el lado de la tierra, se construyen con una porosidad en constante aumento, lo que permite un buen drenaje del cuerpo del dique durante una inundación. En Alemania, sin embargo, todavía existen muchos diques más antiguos de construcción homogénea, como el dique roto durante una inundación del río Elba en junio de 2013 en Fischbeck. A diferencia de los diques de 3 zonas, los más antiguos son particularmente vulnerables a las condiciones de inundaciones prolongadas. El agua se filtra en el propio dique y su línea de saturación se eleva aún más dentro del cuerpo del dique durante períodos prolongados de pleamar. Cuanto más se eleva esta línea de saturación, más el material molido está sujeto a flotabilidad.

La estabilización de un dique propenso a rupturas requiere enormes recursos en material y personal, así como en tiempo, lo que en situaciones de inundación aguda es un bien escaso. Por lo tanto, se requieren procedimientos de respaldo, que, en términos de personal, materiales y compromiso de tiempo, son más efectivos que colocar sacos de arena en capas en el lado terrestre del dique.

Innovador sistema de protección de diques móviles

Christopher Massolle, del Instituto de Ingeniería Hidráulica y Costera de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen, está desarrollando una solución que puede reducir considerablemente la inversión de tiempo y personal. Con el proyecto de investigación DeichSCHUTZ, patrocinado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación, se está probando un innovador sistema móvil de protección de diques para estabilizar diques durante inundaciones. La tecnología de medición proporcionada por STS también juega un papel aquí.

Para evaluar el sistema de protección de diques móviles, se ha construido un dique de prueba en las instalaciones de la Agencia de Asistencia Técnica en Hoya. Para ello se ha construido una balsa de retención en forma de U que contiene unos 550 metros cúbicos de agua, en cuyo extremo se asienta un dique.

Como se puede ver en el video, se han desplegado numerosas tuberías en el lado izquierdo del dique. Dentro de estas tuberías se encuentran los sensores de nivel ATM / N producidos por STS. En la disposición de prueba, el depósito de retención se llena con agua subterránea. En condiciones que se acercan a la realidad, el agua debería elevarse a un nivel de 3 metros durante un período de 30 horas. El sensor de nivel sumergible  ATM / N  ahora mida el desarrollo de la línea de saturación durante este tiempo. Con un rango de presión de 1 a 250 mH2O y una precisión de ≤ ± 0,30% FS (-5 a 50 ° C), esto se registra hasta el último centímetro. Cuando la línea de saturación ya no sigue aumentando, el sistema de protección de diques móviles se introduce en la pendiente del lado del agua y debe evitar la penetración de agua de filtración. El cuerpo del dique ahora continúa drenando y la extensión del desplazamiento resultante en la línea de saturación debe ser medida por los sensores de nivel empleados. Es a partir de estos resultados medidos que finalmente se puede evaluar la funcionalidad del sistema de protección.

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Sitios contaminados: la descontaminación del agua subterránea requiere sensores de nivel robustos

Sitios contaminados: la descontaminación del agua subterránea requiere sensores de nivel robustos

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Water

Ya sean vertederos viejos, vertederos de carbón, antiguos emplazamientos militares o refinerías, lo que queda atrás es suelo contaminado, que es un peligro tanto para los seres humanos como para el medio ambiente. En la rehabilitación de estos sitios, se requieren sensores de nivel que sean resistentes a las sustancias peligrosas a menudo agresivas que se encuentran.

Los sitios contaminados no solo se caracterizan por cambios adversos para la salud o el medio ambiente en el suelo. En ausencia de medidas de seguridad (como en los viejos vertederos) y dependiendo de las condiciones del suelo, la lluvia arroja sustancias peligrosas al agua subterránea. Dependiendo del tipo de uso, se pueden encontrar varias sustancias peligrosas diferentes, que incluyen, entre otras:

  • Compuestos de metales pesados: cobre, plomo, cromo, níquel, zinc y arsénico (un metaloide)
  • Materiales orgánicos: Fenoles, aceite mineral, bencenos, hidrocarburos clorados (CHC), hidrocarburos aromáticos (PAH)
  • Sales: Cloruros, sulfatos, carbonatos

Descontaminación del suministro de agua subterránea.

En la rehabilitación de sitios contaminados, no solo es de gran importancia la limpieza del suelo, sino también el control y depuración de las aguas subterráneas. Sin sensores de nivel fiables que puedan soportar las condiciones adversas, esto no sería posible.

El proceso de descontaminación generalmente se desarrolla de la siguiente manera: El agua subterránea contaminada se bombea a la superficie y luego se trata. Como agua de lavado filtrada, luego se devuelve a la fuente de contaminación. Para evitar que el agua de descarga fluya hacia un margen alejado de la fuente de contaminación, se utilizan métodos hidráulicos activos para la infiltración protectora. El agua se inyecta en el suelo a través de varios pozos situados alrededor del proceso de descontaminación. Las condiciones de presión que surgen aquí forman en cierta medida una pared de barrera y hacen que el agua de descarga fluya hacia la fuente de contaminación. Para controlar y monitorear este proceso, se requerirán sensores de nivel.

Figura 1: Flujo de un proceso de descontaminación

Por supuesto, los sensores de nivel también se utilizan después del trabajo de reparación. Mucho después de la finalización de este trabajo, los sitios afectados serán monitoreados para verificar si hay cambios notables en el nivel del agua o la dirección del flujo.

Los sensores de nivel también se utilizan cuando se ejecutan activamente aplicaciones potencialmente dañinas para el medio ambiente. Los rellenos sanitarios más nuevos ahora se construyen como una cuenca impermeable. El nivel del agua subterránea debajo del relleno sanitario se reduce, de modo que no pueda fluir agua a las áreas adyacentes en caso de fuga. Aquí también, los respectivos niveles de agua deben ser monitoreados por sensores de nivel.

Sensores de nivel en aguas contaminadas: las más altas exigencias 

Los operadores en el campo de la descontaminación de sitios contaminados deben tener mucho cuidado al elegir sensores de nivel adecuados. Debido a la gran cantidad de sustancias que se pueden disolver en el agua, no existe una solución única que funcione de manera confiable en todos los casos. Hay varios aspectos a considerar, que a continuación describimos brevemente.

Materiales

Alojamiento

En la mayoría de las aplicaciones, un acero inoxidable de alta calidad, como el que utiliza STS, es suficiente para proteger la celda de medición de sustancias agresivas. Si este entrara en contacto con agua salada, entonces se elegiría una carcasa de titanio, pero donde se esperan efectos galvánicos, se debe elegir un sensor de nivel hecho de PVDF .

Figura 2: Sensor de nivel ATM / NC químicamente resistente con carcasa de PVDF

Cable de sonda

En nuestra experiencia, mucho más crítico que elegir una carcasa adecuada es la elección del cable de la sonda. Debido a los procesos de difusión gradual, el progreso de la destrucción no es evidente de inmediato. A menudo, esto no es visible desde el exterior incluso cuando ya está dañado. Por lo tanto, se requiere especial precaución al consultar las tablas de resistencia, ya que generalmente dicen poco en particular sobre los cables de sonda. En el medio de un cable de sonda hay un pequeño tubo de aire, que sirve para igualar la presión relativa. Sin embargo, si el material del cable no es resistente al cien por cien, las materias primas pueden difundirse a través de la cubierta del cable y viajar a través del tubo de aire hacia el chip del sensor.

Dependiendo de las sustancias previstas, los usuarios de STS pueden recurrir a cables PE, PUR o FEP. Este último también se puede utilizar a temperaturas muy altas de hasta 110 ° C.

instalación

Tendido de cables

Los viejos vertederos y sitios industriales son entornos hostiles, donde no solo las sustancias peligrosas pueden afectar la funcionalidad de los sensores de nivel utilizados. Se debe tener cuidado de que la cubierta del cable no se dañe por cargas mecánicas (como escombros). También deben evitarse los puntos de roce y retorcimiento. Por lo tanto, se recomienda utilizar tubos protectores especiales, como los que ofrece STS, al enrutar los cables.

Alivio de tensión

La clasificación de compresión de los sensores de nivel varía de un fabricante a otro. En STS, todos los sensores de nivel son resistentes a la presión hasta 250 metros de forma estándar y su cable está diseñado para tensiones de tracción normales hasta esta profundidad. Sin embargo, los operadores deben considerar el uso de alivio de tensión en condiciones de instalación difíciles.

Montaje

Si el sensor se utiliza en aguas corrientes o tanques con agitadores, se puede suministrar con una rosca G 1/2 ”en la salida del cable (montaje en tubería) o con un racor de compresión (15 mm).

Protección contra explosiones

En aplicaciones en las que se esperan varias sustancias peligrosas, es imperativo prestar atención también a la protección contra explosiones. La directiva ATEX que cumple con los estándares internacionales proporciona información al respecto.

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Medición de conductividad en aguas naturales y otros líquidos

Medición de conductividad en aguas naturales y otros líquidos

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Water

Al medir la conductividad, se deben tener en cuenta varios factores, dependiendo del líquido que se esté probando. Se debe prestar especial atención a la temperatura como principal factor de influencia.

La conductividad se expresa en microsiemens e indica la capacidad de una sustancia para conducir corriente eléctrica. La conductancia es la inversa de la resistencia, expresada en ohmios. De ello se deduce que cuanto mayor es la conductancia, menor es la resistencia.

Conductividad en aguas naturales

El agua pura es prácticamente no conductora (0,055 µS / cm, en comparación con el agua potable a 500 µS / cm). Se vuelve conductor solo a través de sustancias disueltas como cloruros, sulfatos y otros. La pureza de una masa de agua se puede determinar mediante una medición de conductividad, donde cuanto mayor es la conductividad, más sustancias se disuelven en el agua. Las aplicaciones típicas para la medición de la conductividad incluyen, por ejemplo, vertederos para probar la contaminación del agua subterránea y el monitoreo de la entrada de agua salada en las fuentes de agua subterránea. Esto hace que la conductividad sea un factor importante para las tareas de monitorización en tecnología medioambiental para sacar conclusiones sobre posibles impurezas. Aunque la conductividad es solo un indicador de contaminación, la composición de las sustancias que ingresan al agua debe analizarse químicamente posteriormente. Adicionalmente,

Otra aplicación común es la determinación de la dirección y la velocidad del flujo. Para ello, se añade sal al agua y, en consecuencia, aumenta su conductividad. La velocidad y la dirección del flujo se pueden determinar con precisión midiendo la conductancia en puntos específicos.

Como ya se mencionó, la conductividad de una sustancia depende en gran medida de la temperatura. Por lo tanto, dos muestras de una sustancia pueden producir diferentes valores de conductancia a diferentes temperaturas. Sin compensación de temperatura, prácticamente no hay posibilidad de comparar dos sustancias si no pueden examinarse exactamente a la misma temperatura. Por esta razón, la medición de la conductividad y la medición de la temperatura van de la mano. Por lo tanto, generalmente, tanto la conductividad como la temperatura se miden en una sola medición de conductividad. Luego, la compensación de temperatura se usa para calcular la conductancia a una temperatura de referencia, que normalmente se establece en 25 ° C.

Función de compensación de temperatura: la sustancia decide

La función de compensación de temperatura que se usa para determinar la conductividad a la temperatura de referencia depende completamente del líquido que se examina. Para aguas naturales se utiliza la función no lineal según la norma DIN EN 27888 para la calidad del agua .

Las funciones lineales se utilizan para soluciones salinas, ácidos y álcalis. Para calcular el porcentaje de cambio de conductividad (K) por ° C de cambio de temperatura (∆T), utilizamos la siguiente fórmula:

α = (∆ K (T) / ∆ T) / K (25 ° C) * 100

∆ K (T) = Cambio de conductividad desde el rango de temperatura seleccionado
∆ T = Cambio de temperatura desde el rango de temperatura seleccionado
K (25 ° C) = Conductividad a 25 ° C

Finalmente, consideremos un ejemplo de cálculo para determinar la conductividad de un descalcificador rápido . Para obtener las cifras necesarias para el cálculo, se deben realizar tres mediciones:

122,37 mS / cm a 20 ° C
133,10 mS / cm a 25 ° C
135,20 mS / cm a 26 ° C

∆ K (T) = 135,20 mS / cm -122,37 mS / cm = 12,83 mS / cm
∆ T = 26 ° C – 20 ° C = 6 ° C
K (25 ° C) = 133,10 mS / cm

α = ((135,20 – 122,37) / (26 – 20)) / 133,10 * 100 = 1,60% / ° C

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Medición de presión hidrostática con sensores de nivel piezorresistivos

Medición de presión hidrostática con sensores de nivel piezorresistivos

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Water

Ya sea como dador de vida, un peligro para la vida o simplemente un refrigerio en el verano, el elemento agua determina la vida diaria en la tierra de muchas maneras. Debido a su gran importancia, un monitoreo confiable de este elemento se vuelve esencial.

Lo que no se puede medir tampoco se puede gestionar de manera eficiente. Desde el suministro de agua dulce, el tratamiento de agua potable, el almacenamiento y la medición del consumo, hasta el tratamiento de aguas residuales y la hidrometría, no será posible trabajar y planificar de manera eficiente sin los parámetros de entrada correctos. Ahora hay disponible una gama de dispositivos y procesos para capturar la compleja infraestructura hidrométrica actual. El clásico en la medición del nivel del agua es sin duda el indicador de nivel, para el que se debe aplicar una precisión de +/- 1 cm y que, por supuesto, sigue funcionando de forma completamente “analógica”, teniendo que ser inspeccionado visualmente y prescindiendo de la transmisión electrónica de datos. . Hoy en día, instrumentos mucho más avanzados y precisos proporcionan transmisión remota de los datos medidos, incluidos sensores de presión piezorresistivos para medir el nivel del agua tanto en aguas subterráneas como superficiales.

Medición de nivel con sensores de presión

Los sensores de presión para la medición de nivel se instalan en la parte inferior del cuerpo de agua a monitorear. A diferencia de los indicadores de nivel, generalmente no es posible leerlos sin mojarse. Esto tampoco es necesario, ya que los sensores de nivel piezorresistivos se desarrollaron para cumplir con los requisitos actuales de automatización y control de procesos. No hace falta decir que los niveles de agua se pueden medir sin intervención humana, lo que hace posible el monitoreo continuo en lugares de difícil acceso en primer lugar.

Los sensores de nivel hidrostático miden la presión hidrostática en el fondo del cuerpo de agua, donde la presión hidrostática permanece proporcional a la altura de la columna de líquido. Además, depende de la densidad del líquido y de la fuerza gravitacional. Según la ley de Pascal, esto da como resultado la siguiente fórmula de cálculo:

p (h) = ρ * g * h + p 0

p (h) = presión hidrostática
ρ = densidad del líquido
g = fuerza gravitacional
h = altura de la columna de líquido

Consideraciones importantes para una monitorización de nivel sin problemas

Debido a que los sensores de nivel piezorresistivos se colocan en el fondo del cuerpo de agua, luego se protegen de las influencias de la superficie. Ni la espuma ni los restos flotantes pueden influir ahora en las mediciones. Pero, por supuesto, tienen que adaptarse a las condiciones submarinas esperadas. Para agua salada, por ejemplo, se prefiere un sensor de nivel con una carcasa de titanio. Sin embargo, si se esperan efectos galvánicos, la mejor opción sería un dispositivo de medición de PVDF. En la mayoría de las aguas dulces, el acero inoxidable de alta calidad será suficiente. Y, por último, una conexión a tierra suficiente de los sensores de nivel es esencial para evitar daños por rayos, por ejemplo ( lea más sobre este tema aquí ).

Sensores de nivel modernos: todos los datos de un solo dispositivo

Los sensores de nivel piezorresistivos se pueden utilizar para el control de nivel en aguas abiertas como lagos, en presencia de agua subterránea y también en tanques cerrados. En aguas abiertas, se utilizarán sensores de presión relativa. Con estos dispositivos, la compensación de la presión del aire es proporcionada por un capilar dentro del cable del sensor de presión. Un sensor de presión diferencial se usa normalmente en tanques, ya que también se debe tener en cuenta la superposición de gas que presiona el líquido ( lea más sobre este tema aquí ).

Debido a que los sensores de nivel piezorresistivos son en gran medida autosuficientes y también pueden optimizarse para presiones muy altas, las mediciones a grandes profundidades ahora se convierten en una posibilidad. En teoría, apenas existen límites para esta profundidad, solo que el cable del sensor de presión debe ser lo suficientemente largo.

Figura 1: Ejemplos de sensores de nivel para medición de presión hidrostática

Aparte del hecho de que apenas existen límites de profundidad, estos modernos instrumentos de medición también son extremadamente versátiles. Después de todo, no es solo el nivel de un cuerpo de agua lo que nos interesa. La calidad del agua también es de gran importancia para el control de las aguas subterráneas. La pureza de un depósito de agua subterránea, por ejemplo, también se puede determinar por su conductividad, donde cuanto menor sea la conductividad, más pura será el agua ( lea más sobre conductividad aquí ). Además de los sensores de conductividad, las sondas de nivel hoy en día también están disponibles con medición de temperatura integrada. Los sensores de nivel piezorresistivos proporcionan una amplia gama de tareas de monitoreo y son sin duda preferibles al indicador de nivel en la mayoría de los casos.

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Monitoreo de nivel para control de bombas en tanques de aguas pluviales y aguas residuales

Monitoreo de nivel para control de bombas en tanques de aguas pluviales y aguas residuales

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Water

El suministro de agua y la eliminación de aguas residuales varían según las condiciones locales. En los edificios belgas, muchos sótanos están situados a mayor profundidad que el sistema de alcantarillado. Por lo tanto, la eliminación de aguas residuales aquí debe ser regulada por bombas.

La empresa belga Pumptech proporciona a los propietarios y cuidadores potentes bombas industriales, a través de las cuales se regula parcialmente la circulación del agua dentro de los edificios. Esto es esencial en varias regiones de Bélgica, porque los sótanos de los edificios a menudo se encuentran debajo del sistema de alcantarillado.

Sin embargo, dado que estas aguas residuales no pueden fluir directamente al sistema de alcantarillado, se almacenan temporalmente dentro de los tanques. El agua de lluvia también se recoge a menudo en estos edificios y luego se utiliza para instalaciones sanitarias. El agua de lluvia que golpea el techo se introduce en tanques subterráneos donde permanece disponible para su uso posterior. Como agua residual, finalmente fluye a los tanques de aguas residuales separados, desde donde luego se bombea al sistema de alcantarillado.

Ya sea en estos tanques de aguas residuales o pluviales, la monitorización de los niveles es fundamental para un funcionamiento regulado de las bombas. Para ello, Pumptech ha estado utilizando ATM.ECO/Nsondas sumergibles desde hace 15 años. Originalmente, el control de nivel se realizaba aquí mediante interruptores de flotador. Con el tiempo, resultó que esta era una solución insatisfactoria, especialmente en lo que respecta a los tanques de aguas residuales. La gran desventaja de los interruptores de flotador en comparación con las sondas de inmersión es que se ensucian rápidamente debido a las impurezas que flotan en la superficie del agua y entonces ya no funcionarán correctamente. Esto puede tener consecuencias de gran alcance, ya que las bombas mismas se controlan midiendo el nivel de llenado. Por lo general, hay dos o tres bombas dentro de los tanques. Cuando se excede un nivel predeterminado, la primera bomba comienza a funcionar y la segunda bomba se activa en el siguiente nivel fijo. Las alarmas también se pueden activar si se alcanzan ciertos límites

Las sondas sumergibles, que generalmente se instalan en el fondo del tanque , no son particularmente susceptibles a la contaminación por agua. Una vez que Pumptech había probado varios proveedores, su elección finalmente recayó en la sonda de nivel analógica ATM.ECO/N de STS, ya que estos cumplían mejor con sus requisitos en comparación con los competidores en lo que respecta a la estabilidad requerida a largo plazo. Desde entonces, estos controles de bombas han estado funcionando sin incidentes.

Las sondas de inmersión ATM.ECO/N cuentan con una membrana completamente sellada de acero inoxidable de alta calidad. Un filtro de humedad en el cable de conexión de presión también evita que el agua u otros contaminantes entren en su celda de medición. Otra ventaja es el tiempo de reacción mucho mejor en comparación con la solución de interruptor de flotador anterior, que ahora permite a los usuarios ver de inmediato lo que está sucediendo dentro de los tanques.

Puede encontrar la hoja de datos de la sonda de nivel ATM.ECO/N aquí.

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