Implementar sensores y redes de IIoT en ubicaciones remotas

IIoT suma valor en una planta, además de ofrecer soluciones interesantes en la recolección de datos de campo.

Las instalaciones de sensores y dispositivos inteligentes están floreciendo por doquier, convirtiéndose en componentes básicos de cualquier iniciativa IoT (Internet of Things). Dentro de este contexto, los dispositivos inteligentes, al ser más robustos y con capacidad para conectarse de forma segura a través de la Internet, pueden funcionar como componentes clave en IIoT.

Las empresas de manufactura y procesamiento están implementando rápidamente proyectos de IIoT por los beneficios esperados y ya comprobados en otras empresas del mismo sector. Los instrumentos wireless compatibles con IIoT son mucho más fáciles de instalar que los dispositivos cableados convencionales y permiten monitorear condiciones de máquina, procesar equipos y medir condiciones en casi cualquier lugar para identificar inconvenientes antes de que se conviertan en problemas más serios.

Un buen ejemplo es usar IIoT para medir fácilmente calidad de agua de manera constante. Este método es aplicable en una gran variedad de sistemas de agua, tales como lagunas de enfriamiento o reservorios de torres de enfriamiento. Los ejemplos identificados en este artículo se refieren a calidad de agua de superficie en las más remotas ubicaciones, tales como ríos y lagos, como así también en instalaciones de acuicultura. Por supuesto que estos conceptos de IIoT se pueden extender a cualquier situación de monitoreo remoto.

Al respecto, hoy en día, los ecosistemas digitales han progresado y se dispone de una amplia gama de sensores, comunicaciones, software, analítica y visualización, lo que permite a los usuarios monitorear y recibir alertas acerca de las condiciones medidas.

 

Hablando de agua

Monitorear la condición de un agua de superficie es una tarea bastante crítica. Son muchas y variadas las consecuencias de un agua contaminada. Por ejemplo, debe haber un cierto nivel mínimo de oxígeno disuelto para mantener una vida acuática saludable, mientras que demasiado oxígeno puede dañar las bacterias buenas que suelen descomponer los desechos.

Por su parte, los productos químicos u otros materiales presentes en un agua contaminada pueden ser tóxicos y causar problemas de salud a los humanos o a la vida silvestre que bebe o simplemente entra en contacto con el agua. Algunos productos químicos son nutrientes que podrían promover el crecimiento de algas que pueden agotar rápidamente el oxígeno en el agua y, a su vez, causar la muerte repentina de peces.

Las buenas prácticas de monitoreo deben identificar éstos y otros problemas en una etapa temprana de modo que puedan ser abordados rápidamente antes de que se desarrollen condiciones más graves.

 

Figura 1. Los métodos tradicionales de monitoreo de un agua de superficie implicaban viajar a los sitios con problemas, algo costoso y que lleva a datos incompletos. (Endress+Hauser)

 

¿Qué se puede hacer?

Un primer paso a la hora de resolver cualquier problema es recolectar datos. Medir las condiciones del agua es la única forma de comprender no sólo el estado instantáneo, sino también las condiciones históricas y una posible tendencia. Registrar, visualizar y analizar estos datos también es la única manera de determinar si una acción correctiva está teniendo el efecto deseado.

La naturaleza remota y al aire libre de las ubicaciones de un agua de superficie plantea numerosos desafíos para la medición (figura 1).

En el pasado, los investigadores tenían que viajar periódicamente a estos cuerpos de agua y tomar muestras para su posterior análisis, lo cual significaba un método costoso y que insumía mucho tiempo, además de introducir errores y llevar a deficiencias en los datos.

Hoy en día, IIoT permite implementar fácilmente muchas tecnologías de medición inteligente en el análisis de agua, donde los parámetros que interesan son:

  • Conductividad
  • Oxígeno disuelto
  • pH
  • Temperatura

Una conductividad alta puede indicar contaminación por productos químicos o metales. El rol clave del oxígeno disuelto ya ha sido mencionado. La medición del pH del agua indica si el agua es demasiado ácida, que es otra condición que puede amenazar la vida acuática. Por último, una temperatura elevada del agua no es contaminante, pero puede ser peligrosa para la salud de la vida acuática y, junto con otras condiciones, puede aumentar la posibilidad de que florezcan algas.

Combinadas, estas cuatro medidas ofrecen un amplio perfil de la salud del agua. En consecuencia, instalar un buen sistema de medición de estos parámetros es clave para la protección del medio ambiente.

 

Figura 2. Las tecnologías de sensores de agua y los transmisores de conductividad, oxígeno disuelto y pH permiten implementar una medición continua incluso en ubicaciones difíciles. (Endress+Hauser)

 

Métodos de medición

Gran parte de las tecnologías de sensores que se usan para medir calidad de agua son bien conocidas, aunque se las debe configurar para un entorno al aire libre (figura 2).

Los sensores de conductividad miden la capacidad del agua de conducir una corriente eléctrica; una mayor conductividad indica un elevado número de iones debido a la presencia de sales disueltas o materiales inorgánicos. La contaminación del agua puede ser una razón de una conductividad inesperadamente alta.

Hoy en día se dispone de sensores ópticos y amperométricos de oxígeno disuelto que ofrecen una medición de oxígeno exacta y confiable con un mantenimiento mínimo.

Los cuerpos de agua naturales suelen tener un pH entre 6,5 y 8,5. La mayoría de los sensores de pH usan un electrodo de vidrio y pueden medir en un rango más extendido que éste.

Una característica adicional de muchos sensores de pH y conductividad es la incorporación de un sensor de termorresistencia (RTD) Pt1000, que ofrece una lectura de temperatura. Este sensor de platino tiene una resistencia nominal a 0°C de 1.000 ohm.

En el monitoreo del agua de superficie, es importante seleccionar sensores capaces de resistir extremos de corrosión, humedad, suciedad e incrustaciones. Deben ser fáciles de instalar, atender y calibrar. Sensores más avanzados, tales como los sensores analíticos de Endress+Hauser con tecnología Memosens, incorporan la información de calibración de fábrica y la comunican al transmisor cuando se los conecta, simplificando el mantenimiento.

Estos sensores utilizan tecnología digital que les permite conectarse fácilmente a un transmisor digital universal, de modo que los datos estén fácilmente disponibles para los sistemas de monitoreo remoto.

 

Figura 3. Netillion Smart System de Endress+Hauser incluye sensores, un transmisor y los accesorios necesarios para implementar un sistema completo de monitoreo de agua de superficie ‘all in one box’ y los conecta a Netillion IIoT Cloud.

 

Todo junto

En lugar de adquirir sensores y dispositivos de distintos proveedores y tratar de que trabajen en conjunto, lo aconsejable es tener todos los sensores y el transmisor multicanal asociado como un paquete de una sola fuente. Este tipo de paquete con sensores tradicionales e instrumentación moderna es clave para implementar un sistema compatible con IIoT de manera rápida y económica (figura 3).

Estos kits de instrumentación contienen sensores con conectividad inteligente al transmisor, lo que simplifica la instalación, la operación y el mantenimiento al aportar información de calibración y valores medidos.

En los sistemas de medición de agua, es importante la posibilidad de incorporar un dispositivo celular, lo que permite que el sistema actúe como un dispositivo de IIoT con conectividad a la nube, convirtiendo el transmisor en un gateway de información que suministra datos de sensores.

La transmisión de datos sin procesar es sólo el comienzo. Un sistema completo como Netilion Smart System de Endress+Hauser para agua de superficie incorpora, además del hardware necesario, conectividad a una nube IIoT asociada. La funcionalidad básica permite a los usuarios visualizar todos los valores de datos utilizando una app móvil compatible.

Otras características avanzadas útiles para el monitoreo de agua de superficie incluyen:

  • Vistas generales orientadas geográficamente, indicaciones de ubicación e información de dispositivos;
  • Historial de datos de valores medidos con vistas gráficas;
  • Notificación de eventos límite y de alarma y reconocimientos, con una descripción general;
  • Visualización de mensajes de estado NAMUR NE 107.

Los usuarios podrán ensamblar y configurar el sensor, el transmisor, la comunicación, la nube y elementos de monitoreo. Al mismo tiempo, un sistema preconfigurado diseñado para el monitoreo de agua de superficie probablemente sea la forma más económica, conveniente y confiable a la hora de monitorear puntos de medición desde cualquier lugar y en cualquier momento.

 

IIoT mejora la industria pesquera

La acuicultura, o piscicultura, es una industria importante a nivel mundial. En todas las etapas de esta actividad, la calidad del agua es un factor más que importante.

El tema de la calidad del agua en acuicultura es parecido al que se da en el monitoreo de agua de superficie, donde la medición de oxígeno disuelto es clave. Pero en acuicultura, además de las aplicaciones generales de monitoreo de agua, es necesario conocer la cantidad de amonio en el agua.

Los peces crecen mejor cuando el nivel de oxígeno disuelto es el adecuado para su salud. Muchas operaciones de acuicultura incorporan una aireación activa. En este caso, además de monitorear las mediciones de oxígeno disuelto, también se pueden optimizar los niveles de aireación.

Las concentraciones de amonio varían según la alimentación y la excreción de los peces, y también en función del desempeño del tratamiento de agua. Una medición continua de esas concentraciones es importante para garantizar que el amonio se mantiene en niveles seguros y para facilitar una respuesta proactiva si la tendencia va por mal camino.

Las concentraciones de amonio pueden afectar negativamente la salud de los peces de cultivo; otra consecuencia es que una alta concentración en la descarga de la planta de cultivo puede llegar a tener un efecto ambiental negativo, ya que promueve el crecimiento de algas.

La instalación de sistemas de IIoT que usan tecnologías de medición de agua y vinculados a la nube y dispositivos móviles, es un paso positivo a la hora de gestionar y optimizar activamente la acuicultura. Los usuarios finales podrán conocer la salud de sus operaciones, realizar cambios para mejorar el desempeño y recibir alertas con notificaciones de alarma remotas antes de que potenciales inconvenientes se conviertan en problemas importantes.

 

Palabras finales

Los recursos hídricos de superficie son vulnerables a muchos tipos de contaminación física, química y biológica que pueden dañar personas, animales y plantas.

La recolección y el análisis de datos mejorados y automatizados son clave para conocer la calidad del agua e identificar las fuentes más importantes de contaminación. Afortunadamente, se dispone de instrumentos y métodos de IIoT que permiten establecer un programa integral de medición y monitoreo. Es un primer paso necesario para la protección de los recursos hídricos.

 

Preparado en base a un documento técnico elaborado por Ryan Williams, de Endress+Hauser.

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