Herramienta de IA utiliza el sonido para localizar tuberías con fugas, ahorrando la preciosa agua potable

En la batalla por conservar el agua, las tuberías con fugas forman un enemigo insidioso, lo que representa pérdidas promedio del 30 por ciento, pero en algunas localidades hasta el 70 por ciento, del agua potable entubada en todo el mundo. Las filtraciones pueden ser muy difíciles de identificar, pero una nueva herramienta de IA hace que el proceso sea más rápido y preciso.

Una X blanca marca una boca de incendios con fugas en el distrito de agua de San Tan, justo al sureste del área metropolitana de Phoenix. La fuga es mediana, de tres a siete galones por minuto. Eso se acumula muy rápido, ya que cada día de fuga equivale al consumo promedio de agua de 43 hogares.

En este caso, los indicios típicos de una fuga no están presentes: no hay charcos, no hay vegetación inesperada en el paisaje desértico, no hay calle derrumbada. El agua se ha filtrado por el fondo del hidrante.

«Eso es algo que tal vez se habría filtrado hasta el próximo ciclo de mantenimiento de hidrantes contra incendios, que podría ser de hasta cinco años», dice Jacob Rogers, director de división de EPCOR, la empresa privada de agua más grande de Arizona.

Pero esta fuga se detectó antes, gracias a una herramienta acústica de IA desarrollada por FIDO Tech, cuya tecnología no solo detecta las fugas con mayor precisión en su ubicación, sino que también las clasifica por tamaño para que las empresas de servicios públicos puedan priorizar cuál reparar primero. FIDO, con sede en Oxford, Reino Unido, trabaja con varias empresas de servicios públicos, como EPCOR en Arizona y la Comisión Estatal del Agua en Querétaro, México, como parte de un programa de Microsoft para actuar de manera responsable al reponer agua en las mismas cuencas hidrográficas de todo el mundo donde tiene operaciones, incluidos los centros de datos.

La reposición puede tomar diferentes formas. Las tácticas incluyen la recolección de agua de lluvia y la conservación de franjas de tierra para devolver el agua a la fuente; lo que permite mejorar el acceso o la calidad del agua para las comunidades en las cuencas hidrográficas donde opera Microsoft.

Microsoft ha invertido en una cartera global de más de 75 proyectos de reabastecimiento diversos a finales de junio de 2024. Trabaja con Audubon Dakota para restaurar los hábitats de las praderas en Fargo, Dakota del Norte, con un colectivo en Ciudad del Cabo, Sudáfrica, para eliminar especies invasoras y restaurar la captación de agua, y para adquirir servidumbres de conservación para ayudar a recargar el acuífero Edwards en el condado de Comal, Texas. Un contrato con la Nación Apache Jicarilla en Nuevo México tiene como objetivo proteger las especies de peces amenazadas y mejorar la seguridad hídrica en ese estado, mientras que la restauración de estanques en Karnataka, India, ayuda a recargar las aguas subterráneas de esa comunidad.

«También hay proyectos que financiamos que aumentan la eficiencia y disminuyen el uso general del agua, para aumentar la disponibilidad para la cuenca y las comunidades locales», explica Eliza Roberts, directora de agua de Microsoft.

Es el caso de la colaboración de Microsoft con FIDO, que comenzó en 2023 con un contrato para detectar fugas en parte de Londres para la empresa de servicios públicos Thames Water. Microsoft también ayudó a FIDO a desarrollar su tecnología de detección de fugas durante los hackathons de Microsoft en Londres. La herramienta de FIDO utiliza GPT-4 de OpenAI en el servicio OpenAI de Microsoft Azure para llevar la detección de fugas acústicas a un nuevo nivel.

La herramienta de IA de FIDO toma archivos acústicos de pequeños sensores móviles colocados en redes de tuberías de agua, luego «dejamos que la IA haga todo el trabajo de ese archivo acústico en cualquier parte del mundo. No necesitamos saber el material de la tubería, la profundidad de la tubería, el tamaño de la tubería. Las tuberías de agua son muy ruidosas. Podemos saber si ese ruido que escucha es una fuga o no. La IA corta todo ese ruido y dice que en definitiva es una fuga», explica Victoria Edwards, CEO y cofundadora de FIDO.

FIDO también ha implementado su detección de fugas de IA a través de Water United, una nueva iniciativa creada en conjunto por Microsoft y otros socios para unir a los sectores público y privado en toda la cuenca del río Colorado, que proporciona agua a más de 40 millones de personas en siete estados, incluidas 30 tribus indígenas. Al comenzar por escalar la implementación de IA para detectar y reparar fugas, el objetivo de Water United es conectar conjuntos de datos a través de la tecnología de FIDO, validar la efectividad de otras soluciones como la eficiencia del agua agrícola y, en última instancia, desarrollar la herramienta de IA para la resiliencia hídrica a largo plazo a nivel de cuenca hidrográfica. Uno de los primeros participantes de Water United es el Distrito de Agua del Valle de Las Vegas, una empresa de agua sin fines de lucro que proporciona agua a más de 1.7 millones de personas. El agua es en especial valiosa en la reseca cuenca del río Colorado, así como en Arizona y México.

Microsoft paga a FIDO por la detección de fugas, y las empresas de servicios públicos pagan por las reparaciones, que de todos modos habrían tenido que cubrir. El volumen de agua ahorrado con el apoyo de Microsoft contará para su objetivo de reposición en proporción a la cantidad que invirtió en comparación con el costo total de detección y reparación de las fugas, señala Roberts.

Las fugas desperdician más que el agua

Detener las fugas de agua municipal evita el desperdicio y aumenta la disponibilidad de agua para los clientes y las comunidades a las que sirve una empresa de servicios públicos. Para las comunidades involucradas, las fugas no solo representan la pérdida de agua, sino también el costo de bombearla, de transportarla -que requiere enormes tuberías y una energía tremenda para empujarla, porque es muy pesada-, de filtrarla y de los químicos necesarios para tratarla. Esta agua perdida se denomina agua no contabilizada porque nunca llega a un cliente que paga. En cambio, todos pagan la factura.

«Hemos adquirido empresas de servicios públicos con problemas en Arizona que tenían una pérdida de agua del 30 al 40 por ciento», dice Shawn Bradford, vicepresidente senior de agua regulada en Arizona y Nuevo México para EPCOR, que ha trabajado con FIDO bajo el programa de Microsoft durante cerca de un año. «Hemos tenido que bombear un 40 por ciento más de agua de la que necesitan solo para cubrir las fugas que se necesitan para llevarla desde el pozo o la planta de tratamiento de agua hasta los hogares, y ese es un costo tremendo que enfrentan todos los clientes».

EPCOR ha reducido el agua no contabilizada a alrededor del 10 por ciento desde el 27 por ciento, en parte gracias a FIDO. FIDO proporciona sensores que se colocan de manera que toquen una tubería, ya sea en la parte superior de una tubería de fácil acceso, en un hidrante, en una cámara de válvulas o en un grifo, dice Edwards de FIDO. EPCOR tiene 4,554 sensores de este tipo en su red de tuberías en el área de servicio de San Tan de 160 millas cuadradas. Los sensores lo registran todo, incluso los ruidos más bajos y silenciosos.

«El sonido se propaga de manera diferente en diferentes materiales, al igual que lo hace en una orquesta escolar. Ya sabes, cuanto más largo es el trombón, más larga es la flauta, más profundo es el sonido en comparación con la trompeta, con una longitud más corta y una frecuencia más alta. Las fugas más grandes son las más silenciosas, el oído humano no puede escucharlas, en especial en una tubería de plástico», dice Edwards.

Las empresas de servicios públicos han confiado durante mucho tiempo en los dispositivos acústicos para detectar fugas. La tecnología de FIDO va un paso más allá, por medio de la ejecución de los datos que sus sensores han recopilado a través de una herramienta de IA de aprendizaje profundo que ha aprendido a determinar con precisión si un ruido es causado por una fuga o por otra cosa, como maquinaria o un tren que retumba a su paso. También puede evaluar el tamaño de la fuga y determinar su ubicación. El otro beneficio de la tecnología FIDO es que los técnicos de las empresas de servicios públicos pueden interactuar de manera sencilla con la IA en lenguaje natural.

EPCOR también había utilizado detectores acústicos de fugas en otros lugares, pero «hay que pasar mucho tiempo en tratar de averiguar con exactitud dónde se encuentra en realidad la fuga entre esos dos dispositivos», dice Bradford. «El beneficio de FIDO es que toma todos esos datos sin procesar y los ejecuta a través de la IA para ayudar a identificar dónde está la fuga. FIDO, en particular, puede hacer esto en tuberías de plástico, lo que siempre ha sido un desafío para la industria: la fuga no resuena como lo hace en las tuberías de metal».

La falta de resonancia en las tuberías de plástico significa que muchos detectores acústicos de fugas tienen dificultades. Sin embargo, la mayoría de las nuevas infraestructuras de tuberías son de plástico, o PVC, porque son más ligeras y fáciles de maniobrar, lo que facilita su instalación y reparación. Además de eso, la tubería de plástico se adapta mejor a la química del suelo en el suroeste de EE. UU., dice Bradford, y domina en el Valle de San Tan, que se ha desarrollado en las últimas tres décadas y se mantiene como una de las comunidades de más rápido crecimiento en EE. UU. La empresa de servicios públicos también tiene tuberías de metal, algunas de hace 60 a 70 años y aún están en óptimas condiciones. Las tuberías pueden romperse por muchas razones además de la edad, por ejemplo, los cambios en el suelo debido a los ciclos de congelación y descongelación. En San Tan, de rápido crecimiento, las fugas tienden a ocurrir en áreas en construcción.

Antes de FIDO, la empresa de servicios públicos dependía de las imágenes satelitales para detectar indicios como la vegetación verde que crecía en lugares inverosímiles, dice Roger. Pero ese verdor no brota de la noche a la mañana, sino que tarda días o semanas en crecer. FIDO puede encontrar fugas mucho más rápido.

Una solución rápida y flexible

La IA también analiza el mapa de la red de la empresa de servicios públicos para aconsejar dónde colocar los sensores para evitar los puntos sordos, dice Edwards. Los resultados llegan de inmediato. «Puedes dejarlo toda la noche o durante años», dice. Los sensores son fáciles de mover para monitorear diferentes franjas de la infraestructura de tuberías.

Los sensores también se pueden colocar a ambos lados de una fuga después de que se repare, para asegurarse de que la reparación sea exitosa o para detectar si la excavación durante la reparación ha causado otra fuga. Y luego los sensores se pueden mover para comenzar a detectar en una parte diferente de la red. Mientras tanto, la IA de FIDO puede evaluar el volumen probable de la fuga de agua para que el trabajo de reparación pueda priorizarse para obtener el máximo impacto.

El hidrante con fugas marcado con una X resultó tener un sello defectuoso y la reparación fue rápida. No todas las fugas se reparan tan fácil. La reparación de tuberías enterradas puede requerir cavar agujeros. La precisión en la localización de fugas es esencial para evitar destrozar calles, aceras o patios más de lo necesario. No se trata solo de minimizar la interrupción del tráfico: se requiere que la empresa de servicios públicos vuelva a pavimentar la calle después de la reparación, lo que representa un costo significativo que crece con el tamaño de la excavación.