MX2009002603A

MX2009002603A - Metodo y aparato para medir la calidad del agua en un sistema de distribucion de agua.

Info

Publication number: MX2009002603A
Application number: MX2009002603A
Authority: MX
Inventors: Mark Lazar; Richard A Meeusen; Gregory M Gomez; J Donald Faber; Dennis J Webb; Daniel D Zandron
Original assignee: Badger Meter Inc
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2009-03-20
Also published as: CA2662394C; CA2662394A1; US20200033313A1; WO2009012254A1; US20100105146A1; US20220260545A1; US20160153951A1; US20110030482A1

Abstract

Un sistema para monitorear la calidad del agua en un sistema de distribución de agua que tiene una pluralidad de puntos de extremo de medición (E) para medir el consumo incluye una pluralidad de sensores ambientales, biológicos y químicos (S1, S2) colocados en un sistema de distribución cerca o dentro de los puntos de extremo de distribución (A; B), con los sensores (S1, S2) generando señales eléctricas a través de una red (G) que puede ser procesada y comunicada a la estación de recolección (D) de los puntos de extremo de medición (E).

Description

MÉTODO Y APARATO PARA MEDIR LA CALIDAD DEL AGUA EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUD RELACIONADA Se reclama el beneficio de la prioridad basada en la Solicitud de Patente Provisional Norteamericana Número 60/959, 833, archivada en Julio 17, 2007. Campo de la Invención El campo de la invención son sistemas de distribución de agua para suministrar a clientes industriales, comerciales, residenciales de una multi-unidad y residenciales de una sola unidad con agua de un proveedor de utilidad de distrito o municipal. La presente invención se relaciona con instrumentos para percibir la calidad del agua. Antecedentes de la Invención Las prácticas y métodos actuales para percibir los parámetros biológicos y químicos, así como parámetros ambientales tal como clorina residual, TOC (carbón orgánico total), turbidez, presión, y otros, envuelven sistemas con sensores caros localizados en estaciones especiales dentro de un sistema de agua. Muchos sistemas disponibles actualmente en el mercado para test para parámetros ambientales requieren de una corriente de desperdicio, algunas veces tóxica, como un bioproducto de la prueba. Esta metodología no puede ser utilizada en los puntos finales de una red de distribución de utilidad. También, los sistemas proporcionados hoy en día proporcionan la percepción de varios parámetros ambientales en un momento. Estos sistemas son instalados en tanques subterráneos de fuente de agua y sitios de tanque elevados. No ha sido práctico económicamente o ambientalmente instalar estos sistemas en sitios de punto final. Sin embargo, los sitios de punto final han sido identificados como un punto de fuente potencial para la introducción de contaminantes en una red de distribución de agua. Si esto ocurriera, es probable que las tecnologías y equipos actuales no detecten el evento de contaminación. Breve Descripción de la Invención La presente invención proporciona un método para la percepción de varios contaminantes químicos y biológicos y parámetros ambientales en los puntos finales de una red de distribución de utilidad de agua. En el sistema de la presente invención, por lo menos un sensor es asociado con cada punto final (medidor) para medir un parámetro diferente ambiental, químico o biológico dentro de la región especificada de la red de distribución de agua. Mientras más que un sensor puede ser utilizado en un medidor particular, es un objeto de la presente invención reducir el costo elevado de los varios sensores que son necesarios por distribuir entre ellos los puntos finales en una zona de un sistema de distribución de agua. Los sensores también pueden ser localizados en los medidores de zona para monitorear un parámetro específico para una zona del sistema de distribución de agua, con sensores diferentes siendo distribuidos a diferentes zonas. Un sistema de distribución de utilidad de agua puede ser protegido de una amplia gama de contaminantes potenciales biológicos y químicos y parámetros ambientales y pueden ser desplegados económicamente utilizando la presente invención, ya que solo se percibe un parámetro por metro. También proporciona una detección automática temprana de eventos de contaminación potencial. La presente invención puede ser utilizada para proporcionar una primera indicación de contaminación de la cual un campo adicional o prueba de laboratorio pueden ser ejecutados para confirmar las condiciones anómalas. Otros objetos y ventajas de la presente invención, aparte de aquellas descritas anteriormente, serán más aparentes para aquellos expertos en la técnica de la descripción de las modalidades preferidas a continuación. En la descripción, la referencia es hecha al acompañamiento de los dibujos, la cual forma una parte del mismo, y la cual ilustra los ejemplos de la presente invención. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de distribución de utilidad de agua que incorpora a la presente invención; y La Figura 2 es un diagrama de bloque de un aparato en un solo punto final de medición. Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 ilustra una sub-sección de un sistema de distribución de utilidad de agua, en donde "A" designa puntos finales de una sola unidad individual dentro del sistema de distribución. "B" ilustra puntos finales individuales de multi unidad, industrial o comercial dentro del sistema de distribución. "C" mediciones de agua de zona para medir la cantidad o calidad de agua distribuida a una zona o sección del sistema de distribución. "D" designa la utilidad de sistema de computadora de oficina principal. "E" designa los medidores de punto final para medir la cantidad o calidad de agua distribuida a un solo punto final industrial, comercial o residencial. "F" designa una instalación de almacenamiento de agua (tanques o bóvedas) para agua utilizada dentro del sistema de distribución. Y, "G" designa una red inalámbrica tal como SMS, GPRS, GSM, red de radio privada, PSTN, o Internet Inalámbrico. Actualmente, las utilidades de agua deben de reportar varios parámetros a una agencia de protección ambiental gubernamental en una base trimestral. Estos parámetros incluyen clorina residual, TOC (carbón orgánico total), oxígeno disuelto, etc. Para lograr este reportaje, las utilidades típicamente toman muestras de agua de varios sitios a través del sistema de distribución y envían estas muestras a un laboratorio para análisis de prueba paramétrica. Un método alternativo es la instalación de sistemas controlados por computadora caros que toman muestras de manera automática de cada sitio y proporcionan análisis paramétrico. Mientras que estos sistemas proporcionan más datos en una base más frecuente, tienen una corriente de desperdicio que requiere de mantenimiento y manejo especial. Ya que son muy costosos, la mayoría de las utilidades están limitadas a instalaciones en sitios de fuente de agua o instalaciones de almacenamiento, y el equipo no es distribuido a través del sistema de distribución. En la presente invención, los sensores individuales monitorean los parámetros respectivos y están co-localizados con un medidor, como se ilustra por C o E en la ilustración. Los medidores, ilustrados como el elemento E, típicamente miden la cantidad de agua consumida en un solo punto final dentro del sistema de distribución. Estos medidores también pueden ser ensamblados con, o conectados a, uno ó más sensores para medir la calidad de agua suministrada al punto de un solo extremo. Es frecuentemente ventajoso tomar lecturas de varios lugares en el sistema de distribución debido a diferentes concentraciones de substancias debido a la disolución. De igual manera, medidores de zona, ilustrados como el elemento C, típicamente miden la cantidad de agua consumida con una zona específica, o sección, del sistema de distribución. Cuando es ajustado con uno ó más sensores, estos medidores pueden proporcionar lecturas de calidad de agua para una zona entera, o sección. También, un juego de sensores para medir o detectar los parámetros ambientales, biológicos y químicos respectivos puede ser acomodado para medir diferentes parámetros dentro de una zona del sistema de distribución, por lo tanto proporcionando cobertura para muchos parámetros. Los datos de calidad de agua y de consumo pueden ser transmitidos de manera inalámbrica a una estación de colección, tal como una computadora de utilidad, D, sobre un red inalámbrica, G, tal como SMS, GPRS, GSM, red de radio privado, PSTN, o Internet inalámbrico. La calidad de agua reportando al EPA podría posteriormente ser completada en una base de tiempo real, en vez de trimestral o semi-anualmente. La Figura 2 ilustra los componentes los componentes de un solo aparato E de un aparato de punto de extremo de distribución en sitios de cliente, A y B. Como se muestra ahí mismo, un medidor 10 es conectado en una tubería que suministra agua al equipo del cliente en sitios A, B. El sensor de parámetro puede ser un sensor S1 montado en o sobre la tubería cerca del medidor 10, o puede ser el sensor S2 integrado en el medidor 10. El medidor 10 se comunica con un circuito de interfase de comunicación 12 a través de un transductor 11 el cual puede convertir movimientos de un magneto en señales eléctricas. También es posible utilizar medidores electrónicos los cuales producen una señal eléctrica directamente al circuito 12. Los sensores S1 y S2 también comunican señales de percepción eléctrica al circuito de interfase comunicación 12. Este circuito 12 convierte las señales de entrada del aparato a datos y en esta modalidad, modula una onda de transportadora con señales de información que representan datos, para que una señal de radio pueda ser transmitida sobre una red inalámbrica a través de una antena 13. También es posible para el circuito de interfase de comunicación transmitir señales de datos a través de un puerto de comunicación 13 a un unidad de modulador/antena externa. En cualquier situación, las señales de radio codificadas con datos de medición, incluyendo datos de sensor, son trasmitidas de vuelta a la estación de colección D incluyendo la computadora de utilidad vista en la Figura 1. El sistema de circuitos electrónicos 12 dentro del punto de extremo (medidor) puede, en algunas modalidades, sondear el microsensor S2 que reside dentro del medidor 10 en la corriente de flujo. Cuando el sistema de circuitos electrónicos detecta una condición anómala del sensor, una señal de contraviolación es ajustada y una transacción de alarma es transmitida a la estación de colecciones D a través del circuito de interfase de comunicación 12. A través de una notificación de la condición anómala, el personal de utilidad conocerá cual contaminante potencial ha sido detectado por el número de identificación del punto de extremo que transmite la transacción de alarma. La utilidad de agua puede posteriormente ir a la fuente para una prueba de campo adicional para validar el evento de contaminación. Otros sensores ajustados en medidores pueden ser para una primera detección de nivel de varias bio-toxinas, toxinas químicas o substancias dañinas. Este primer nivel de detección puede mejorar importante el tiempo de respuesta y notificación pública de eventos dañinos. Los componentes del sistema en cada medidor C y E pueden ser descritos adicionalmente como se describe a continuación. Los sensores microelectrónicos S1 y S2 están localizados en un punto de extremo (medidor) dentro del flujo de corriente de un sistema de distribución de utilidad de agua. Un sensor de parámetro detecta la presencia o umbral de un solo parámetro respectivo biológico, químico, o ambiental (por ejemplo TOC u oxígeno disuelto). Cada sensor con una zona detecta un parámetro diferente respectivo biológico, químico o ambiental. Ya que el sensor es localizado en la corriente de flujo de suministro, el sistema no tiene una corriente de desperdicio. El medidor de flujo 10 es localizado en el punto más inferior en el sistema de distribución en donde la utilidad podría, por ejemplo, medir la cantidad de agua. También, el medidor 10, puede ser el punto más inferior dentro del sistema de distribución en donde la utilidad desea medir la calidad del agua. En este caso, los sensores de parámetro S1, S2 estarían localizados cerca o en el interior del medidor 10. En casos en donde la cantidad y calidad del agua son importantes en ese sitio, el medidor mediría la cantidad de agua que pasaría a través de, y almacenaría el sensor de parámetro para medir la calidad del agua q pasaría por a través de. Existe típicamente un transductor 11 para convertir el movimiento mecánico del medidor de flujo en señales eléctricas, una memoria para almacenar lecturas y sistemas de circuitos de transmisor 12, 13 para transmitir señales eléctricas a un receptor remoto. Este transmisor puede ser parte de un transceptor para recibir señales de RF así como así como transmitir señales de RF. En casos en donde la calidad de agua es percibida en el medidor 10, el sistema de circuitos 11, 12 y 13 también haría una lectura y actuaría en datos de calidad de agua y condiciones de agua del sensor de parámetro y transmitiría éstos a un receptor remoto. Muchos sistemas de AMR son conocidos por transmitir los datos de consumo de utilidad de los puntos de extremo de distribución (E) a un sitio central (D)) para procesarlos. Tales sistemas pueden ser modificados para también comunicar y procesar los datos de calidad de agua. Los medidores de zona (C) también pueden ser proporcionados con este tipo de equipo de señalamiento electrónico. Los datos de calidad de agua de varios sitios dentro del sistema pueden ser recolectados en la estación de recolección D para un procesamiento adicional para determinar la calidad de agua en una base del sistema. Esto ha sido una descripción de las modalidades preferidas, pero será aparente para aquellos expertos en la técnica que modificaciones pueden ser hechas en los detalles de las modalidades específicas. Dichas modificaciones tienen el propósito de ser comprendidas por los aspectos más amplios de la presente invención a menos que sean excluidas por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un aparato para percibir la calidad del agua en un punto de extremo de sistema de distribución de agua, el aparato comprende: un elemento de medición de flujo de fluido y un aparato que convierte señales de medición o movimientos de un elemento de medición de flujo en señales eléctricas que representan unidades de consumo; el sistema de circuito de ¡nterfase de comunicación para convertir las señales eléctricas que representan unidades de consumo en señales de datos de medición; medios para comunicar de manera electrónica las señales de datos de medición a un a un aparato externo; y un sensor colocado en o cerca del elemento de medición de flujo de fluido para percibir una calidad del agua, dicho sensor produce una señal al sistema de circuitos de interfase de comunicación, la cual puede ser convertida en señales de datos para acompañar las señales de datos de medición en una transmisión a una estación de recolección.
2. El aparato tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para comunicar las señales de datos de medición incluyen un puerto de datos para comunicar las señales de datos de medición del aparato de registro de medición a un transmisor externo.
3. El aparato tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de circuitos de interfase de comunicación incluye un sistema de circuitos para producir señales de datos de medición de frecuencia de radio y porque los medios para comunicar las señales de datos de medición a un aparato externo incluyen una antena para comunicar las señales de datos de medición de frecuencia de radio a un aparato externo.
4. El aparato tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la calidad del agua incluye por lo menos un parámetro químico, biológico o ambiental.
5. Un sistema para monitorear la calidad del agua en un sistema de distribución de agua que tiene una pluralidad de puntos de extremo de medición para medir el consumo, el sistema comprende: una pluralidad de sensores químicos biológicos colocados en un sistema de distribución cercano a los puntos de extremo de distribución, duchos sensores generando señales eléctricas que pueden ser comunicadas a una estación de recolección a través de los puntos de extremo de distribución.
6. El sistema tal y como se describe en la reivindicación 5, caracterizado porque existe una pluralidad de sensores para diferentes parámetros biológicos, químicos o ambientales que son distribuidos a puntos de extremo de distribución respectiva dentro de una región especificada de la red de distribución de agua.
7. El sistema tal y como se describe en la reivindicación 6, caracterizado porque no hay mas de dos sensores asociados con una punto de extremo respectivo.
8. El sistema tal y como se describe en la reivindicación 6, caracterizado porque, el punto de extremo de distribución comprende un medidor y en donde por lo menos un sensor esta localizado en una línea de distribución en los alrededores del medidor.
9. El sistema tal y como se describe en la reivindicación 6, caracterizado porque el punto de extremo de distribución es representado por un medidor y en donde por lo menos una sensor esta localizado dentro del medidor.
10. Un método para monitorear la calidad del agua, el método comprende: distribuir una pluralidad de sensores de parámetro dentro de un sistema de distribución cercano a los puntos de extremo de distribución respectivo, dichos sensores generando señales que pueden ser comunicadas a una estación de recolección a través de los puntos de extremo de distribución.
11. El método tal y como se describe en la reivindicación 10, caracterizado porque existe una pluralidad de sensores para diferentes parámetros biológicos, químicos o ambientales que son distribuidos a diferentes puntos de extremo de distribución respectivos dentro de una región especificada de la red de distribución de agua.
12. El método tal y como se describe en la reivindicación 11, caracterizado porque no existen mas de dos sensores asociados con cada punto de extremo respectivo.
13. El método tal y como se describe en la reivindicación 11, caracterizado porque el punto de extremo de distribución comprende un medidor en donde por lo menos un sensor esta localizado en una línea de distribución de los alrededores del medidor.
14. El método tal y como se describe en la reivindicación 11, caracterizado porque el punto de extremo de distribución es representado por un medidor en donde por lo menos un sensor esta localizado dentro del medidor.
15. El método tal y como se describe en la reivindicación 10, caracterizado porque la distribución incluye instalar una pluralidad de sensores químicos, biológicos y ambientales dentro del sistema de distribución cercano a los puntos de extremo de distribución respectivos.
16. Un método para monitorear la calidad del agua en un sistema de distribución de agua que tiene una pluralidad de puntos de extremo de medición para medir el consumo, el método comprende: distribuir una pluralidad de sensores de parámetro químicos colocados en un sistema de distribución cercano a loe medidos de zona, dichos sensores generando señales eléctricas que pueden ser comunicadas a una estación de recolección a través de los transmisores asociados con los medidores de zona.
17. El método tal y como se describe en la reivindicación 16, caracterizado porque los sensores de parámetro son para percibir los parámetros químicos, biológicos y ambientales.
18. El método tal y como se describe en la reivindicación 16, caracterizado porque la distribución incluye instalar una pluralidad de sensores de parámetro dentro de un sistema de distribución cercano a los puntos de extremo de distribución respectivos.
19. Un sistema para monitorear la calidad del agua en un sistema de distribución de agua que tiene una pluralidad de puntos de extremo de medición para medir el consumo, el sistema comprende: una pluralidad de sensores de parámetro colocados en un sistema de distribución cercano a los medidores de zona, dichos sensores generando señales eléctricas que pueden ser comunicadas a un estación de recolección a través de transmisores asociados con los medidores de zona.
20. El sistema tal y como se describe en la reivindicación 19, caracterizado porque el parámetro incluye por lo menos uno de los parámetros químicos, biológicos o ambientales.