היתרונות הסביבתיים של שימוש בחיישנים שאינם מגעים ברמת שימור מים

מחסור במים הוא אחד האתגרים הסביבתיים הדוחקים ביותר של המאה ה-21.על פי האו"ם, מעל 2.3 מיליארד בני אדם חיים במדינות מתוחות במים, וביקוש למים טריים צפוי לספק אספקת ה- 40% בתוך עשור. בחקלאות, בתעשייה ובמערכות מים עירוניות, כל ירידה תורמת להחלמה מפני בצורת, הידרדרות אקולוגית ואקלים אחד, אשר הופך את רמת שימור המים באופן מדויק יותר, ללא מגע, כך, ללא יכולת טיפול במים מדויקים יותר, ואקלים.

הבנה של חיישנים שאינם מגע

חיישני רמות ללא מגע מודדים את המרחק אל פני השטח של נוזל (בדרך כלל מים) מלמעלה, באמצעות טכנולוגיות כגון הדופק קולי, גלי מכ"ם או קרן לייזר.בניגוד מתגים צפים מסורתיים או מעבורות לחץ כי יש להיות מועשר או במגע ישיר עם המדיום, לא מגע חיישנים רכובים מעל המים, לעתים קרובות על גגות טנקים, מאגרים, או גשרים.

חיישנים לא חוקיים

חיישנים אולטרה סאונד פולטים גלי קול גבוהים שמשקפים את פני המים.הזמן של טיסה של הד משמש לחישוב מרחק.הם זולים, אמינים למים נקיים, ומשמשים באופן נרחב בערוצים וטנקים פתוחים.

Radar (Microwave) Sensors

חיישנים רדאר משתמשים בגלים אלקטרומגנטיים בטווח תדר המיקרוגל.הם לא מושפעים מטמפרטורה, לחץ, אדפור או אבק ויכולים למדוד באמצעות קצף או הדבקה. FMCW (Frequency Modulated Wave) מכ"ם מספק דיוק גבוה על פני טווחים ארוכים, מה שהופך אותו מתאים למאגרים ולטנקים גדולים לאחסון.

חיישן לייזר

חיישנים מבוססי לייזר משתמשים באור לייזר דופק עבור מדידות קצרות טווח מאוד מדויק.הם פחות נפוצים ביישומים מים עקב אבק והפרעות אדפור אבל הם שימושיים בסביבות ברורות, מבוקרות.

חיישני לא מגע קשורים בדרך כלל לגלי נתונים, מערכות SCADA או פלטפורמות IoT, המאפשר ניטור מרחוק מתמשך.זה חשיפה בזמן אמת היא הבסיס להטבות סביבתיות שעקבו.

יתרונות סביבתיים מרכזיים של חיישנים שאינם בעלי רמת מגע

1 ניכוי פסולת מים באמצעות Precision ו-Leak Detection

פסולת מים מתרחשת בשני צורות עיקריות: על גדות מטנקים אחסון ודלפות לא מוצפנת ברשתות ההפצה. חיישנים ברמה ללא מגע לספק מדידות קבועות ומדויקות כי התראות מפעילי מים גישה מעל סף זרימה, המאפשרות הפעלה אוטומטית או הפעלה הפעלה. במאגרים עירוניים וטנקים אחזקה תעשייתית, זה מונע אלפי גלונים מהפסדים בכל שנה.

מעבר למניעת זרימה, חיישנים אלה מאפשרים זיהוי מוקדם של דליפה.על ידי ניטור רמות מים לאורך זמן והשוואה נגד דפוסי הצריכה הצפויים, אנומליות ניתן לטבול.לדוגמה, ירידה איטית ברמת הטנק בשעות שאינן צריכת מים עשויה להצביע על דליפה נסתרת.ה-FLT:0U.S. Environmental Protection AgencyFLT:1 מעריך כי דליפות במערכות עירוניות מבזבזות בממוצע של LT294 מיליארד דולר) באופן משמעותי על ידי חיישנים לא-FLT.

ניהול מים בר קיימא והגנה על מערכות אקולוגיות

מערכות מים רבות שואבות נהרות, אגמים, או אקוויפרים.יתר-extraction פוגעת בבתי גידול מימיים, מורידות טבלאות מים, ויכולות להוביל לחדירה במים מלוחים באזורים החוף. חיישנים ברמה לא-מגע המותקנים בגופי מים טבעיים ומאגרים מספקים את הנתונים הדרושים כדי לאכוף גבולות החילוץ בר קיימא.על ידי מדידה מתמדת של מים ומעבירים אותם למערכות ניהול מרכזי, הרשויות יכולות להבטיח כי לא יעלה על פני השטח הזה, לא יעלה על פני תעריפים, לא על בסיס קבוע, לא על מנת לשמור על פני השטח, כדי לשמור על בסיס תעריפים לא-ידי שימורים.

בחקלאות, שבה עד ל-FLT:0.70% מה- Global FreshmiawaterFLT ( 1:1) משמש, ניטור מדויק של רמות השקיה ומאגרי אחסון מאפשר לחקלאים לייעל את לוחות הזמנים ולהקטין את ההפוגה.התוצאה היא אדמה בריאה יותר, פחות דשן להצמד לתוך נתיבי מים, ועוד מים שנותרו לבתי גידול טבעיים.

שימור אנרגיה וטביעת רגל נמוכה

חיישני מגע מסורתיים דורשים לעתים קרובות תקציבי חשמל גבוהים יותר עקב מעבר חלקים (כגון צפים עם מתגים מכניים) או צורך לנהוג אות דרך כבלים ארוכים. חיישנים ללא מגע, במיוחד מכ"ם מודרני ומודלים קוליים, לצרוך כוח נמוך מאוד.רבים יכולים להיות מופעלים על ידי לוחות סולאריים קטנים סוללות, צמצום ההסתמכות על חשמל רשת.זה חשוב במיוחד עבור תחנות ניטור מרחוק שבו תשתיות כוח הוא מוגבל או גנרטורים משמשים.

יתר על כן, ניהול מים טוב יותר מפחית באופן ישיר את צריכת האנרגיה במשאבת הטנקים מוביל מחזורי משאבה מיותרים; תחת סינון גורמים משאבות לרוץ יותר זמן כדי לענות על הביקוש.עם נתונים מדויקים ברמה, משאבות יכולות לפעול ביעילות אופטימלית.ה-FLT:0 International Energy AgencyureFLT:1 מציין כי שימוש באנרגיה הקשורה למים עבור FLT:24% מצריכת החשמל העולמית 3, נתון שיכול להפחית את צריכת האנרגיה הנמוכה ביותר מ- 10.5% לצריכת אנרגיה נמוכה יותר מצריכת אנרגיה.

4.צמצום השימוש בכימיקלים ובמשאבים

בצמחי טיפול במים, מדידה מדויקת היא קריטית לביצוע כימיקלים כמו כלור, משווקים, ותאים ל- pH. Over- או under-dosing מובילים לבזבוז ולנזק סביבתי פוטנציאלי.חיישנים שאינם מגעים מספקים את נתוני נפח המים המדויקים הדרושים למטר כימי מדויק, צמצום כמות הכימיקלים המשוחררים לסביבה.

בנוסף, מכיוון שלחיישנים שאינם מגע אין חלקים נעים שמרכיבים, הם דורשים פחות תחליף תכופים ומייצרים פחות פסולת אלקטרונית מאשר חלופות ליצירת קשר. חיי השירות שלהם, ותחזוקתם הנמוכה יותר צריכה עוד להפחית את ההשפעה הסביבתית של ייצור, משלוח וסילוק.

יישומים אמיתיים נהיגה בהשפעה סביבתית

החקלאות

החקלאות היא המשתמש הגדול ביותר בעולם.חיישנים מכ"ם שאינם מגע יותר ויותר פרוסים במערכות השקיה במרכז-המרכז ובמדני אחסון מים כדי לפקח על רמות בזמן אמת.כאשר בשילוב עם חיישני לחות הקרקע ונתוני מזג אוויר, החקלאים יכולים ליישם מים רק כאשר והיכן צורך.מחקרים הראו כי חקלאות מדויקת זו יכולה להפחית את צריכת המים על ידי FLT:020-50%FLT תוך שמירה על הבצורת של אזור:2Falifornia יש שיפור של משאבים.

אספקה עירונית

ערים מאבדות כמויות עצומות של מים כדי לדלוף וליעילותם של חיישנים שאינם מגעים שהוצבו בארות ברורות, טנקים גבוהים ומאגרי הפצה מספקים את מאגר הנתונים של רשתות מים חכמות.ערים כמו FLT:0 Barcelona, ספרד רינגפל 1 ו-FLT:2San Antonio, TexasFLT 3 פרסמו מערכות כאלה, ובכך להפחית את הדליפה עד 30% ושיפור היעילות והצנרת הכוללת של החיים.

ניהול מים תעשייתי

תעשיות, החל עיבוד מזון לייצור כימי, להשתמש בכמויות עצומות של מים למקרר, ניקוי ועיבוד. חיישנים שאינם מגעים בטנקים תהליכים ומגדלי קירור מאפשרים שליטה ברמת דיוק, צמצום הפיצוץ והפריטת מים.זה מקטין את נפח של פסולת מים הדורשים טיפול ומפחית את העומס הסביבתי מאפקטים תעשייתיים.

מעקב משאבי טבע

סוכנויות סביבתיות משתמשות בחיישנים שאינם מגע כדי לפקח על נהרות, אגמים, ובארות מים קרקעיים.המידע תומך בחיזוי הצפה, ניהול בצורת והערכה אקולוגית של זרימה.לדוגמה, סקר גיאולוגי של FLT:0U.S.G.S.E.S.G.FLT:1 משתמש חיישנים ברמת מכ"ם באלפי נחלים ברחבי המדינה, מתן נתונים קריטיים לניהול מים ללא חיים מימיים מטרידים.

השוואה עם חיישן מערכת מגע מסורתי

כדי להעריך באופן מלא את היתרונות הסביבתיים, זה עוזר להשוות חיישנים שאינם מגע עם שלוש טכנולוגיות מבוססות מגע נפוצות:

• (FLT:0) מתגי Float וגילגות:FreaLT:1 צפים מכניים יכולים לדבוק, corrode, או להיות מופרעים על ידי פסולת.הם דורשים ניקוי תקופתי והחלפה, יצירת פסולת.הם גם לספק רק נקודות רמות דיסקרטיות, לא נתונים רצופים, הגבלת יכולת זיהוי דליפה.
• (FLT:0) חומרים טרנסנפורמטים (בכפוף להיקף): 1:1 יש לטבול את החיישנים האלה, מה שהופך אותם פגיעים לתפקוד ביו-פונקציה, למשקעים ולהתקפה כימית.הם דורשים כבלים צינורות vent כי ניתן להפוך פגומים, המוביל לסחף מדידה.מחזור ההחלפה הוא לעתים קרובות קצר, הגדלת פסולת אלקטרונית.
• (FLT:0) ,Capacitance או עריכת בדיקות: ההרחבה הישירה של מים יכולה להוביל לסקאלה, קורוזיה, או מעגלים קצרים.הם אינם מתאימים לפסולת או נוזלים אגרסיביים ועשויים לדרוש החלמה תכופה וניקוי, צריכת מים וכימיקלים בתהליך.

חיישנים שאינם מגע נמנעים לחלוטין מהמגירות האלה.הם נשארים נקיים, דורשים כמעט ללא תחזוקה, ולספק נתונים רצופים, נקיים ממושכים במשך שנים.התוצאה היא פחות פסולת חומרית, פחות מים המשמשים לניקוי, והשפעה סביבתית של מחזור חיים נמוכה יותר.

שילוב עם מערכות מים חכמות ו-IoT

היתרונות הסביבתיים של חיישני רמות ללא מגע מתרבים כאשר הם משולבים בפלטפורמות ניהול מים חכמים רחב יותר.IoT (Internet of Things) קישוריות מאפשר העברת נתונים של חיישן באמצעות סלולרי, LoRaWAN, או רשתות לוויין לפלטפורמות אנליטיות מבוססות ענן. אלגוריתמי למידת מכונה יכולים לזהות אנמונים, לחזות, ולהתאים באופן אוטומטי לוחות זמנים של משאבה.

לדוגמה, שירות מים יכול לשלב נתונים מעשרות חיישנים שאינם בעלי רמת מיכל מגע עם מ"ר זרימה וחיישנים לחץ כדי ליצור תאום דיגיטלי של רשת ההפצה.מודל זה יכול לדמות תרחישים, כגון הפסקת צינור או ספייק ביקוש, וממליץ על התאמות שסתום כדי למזער אובדן מים.

שילוב זה גם תומך שימור מים ברמת הצרכנים. על ידי מתן נתונים מדויקים, בזמן אמת ברמה גבוהה של צנטרינים ביתיים, מערכות קצירת מים גשם ואפילו בריכות שחייה, בעלי בתים יכולים לעקוב אחר השימוש ולזהות מוקדם.אפקט המצטבר על פני מיליוני משקי בית יכול להיות משמעותי.

החזר כלכלי וסביבתי על השקעות

אימוץ חיישני רמת מגע לא יש ROI סביבתי חזק כי מים נשמרים הוא אנרגיה, כימיקלים נשמרים, ואת הגידול נשמר.העלות הראשונית של חיישן מכ"ם גבוהה יותר מהחלפת צף פשוטה, אבל העלות הכוללת של הבעלות היא לעתים קרובות נמוכה יותר בשל תחזוקה מינימלית תוחלת חיים ארוכה יותר. כאשר הערך של מים נשמרים הוא כלול, תקופות של פחות משנה אחת הן נפוצות בהגדרות חקלאיות ותעשייתיות.

לדוגמה, מגדל קירור גדול באמצעות חיישנים שאינם מגע מים בדיוק יכול לחסוך מיליוני גלונים מדי שנה.במחיר מים של $0.005 דולר לגלון (טיפי עבור עיריות בארה"ב), חיסכון של 10 מיליון גלונים שווה $50,000 / שנה.החיישנים עצמם עשויים לעלות 2,000 $ ל-5,000 $ מותקן, עם תוחלת חיים של מעל 10 שנים, תוך מתן יחס עלות מתאים ל 10 אנרגיה חיצונית אפילו יותר.

אתגרים ושיקולים

למרות היתרונות שלהם, חיישני רמות לא מגע הם לא כדור כסף.הם דורשים קו ברור של מראה על פני המים, אשר יכול להיות חסום על ידי קצף, קיטור, או הדבקה ביישומים מסוימים. חיישנים ראדר יכול להתמודד עם תנאים אלה טוב יותר מאשר קול, אבל הם עשויים להיות יקר יותר.מקומה ההתקנה, ⁇ טמפרטורה, ואת הגיאומטריה חייב להיות בזהירות כדי למנוע השתקפות מרובה פתית או דשנים כוזבים.

בנוסף, היתרונות תלויים בהקשר רחב יותר של מערכת. חיישן ללא מגע לבדו אינו מחסן מים אם הנתונים אינם פועלים על שילוב נכון עם מערכות בקרה, הכשרה צוות ותרבות של ניהול מים הם חיוניים. ארגונים חייבים גם לשקול אבטחת מידע ואמינות, במיוחד עבור חיישניים המחוברים IoT בתשתיות קריטיות.

מסקנה

היתרונות הסביבתיים של חיישני רמות לא מגע ברורים: הם להפחית את הפסולת במים באמצעות זיהוי מדויק ודלפה, לקדם משיכת מים בר קיימא ובריאות המערכת האקולוגית, צריכת אנרגיה נמוכה יותר פליטת גזי חממה, ומפחיתים את השימוש בכימיקלים ובמשאבים שלהם, היא אסטרטגיה זולה יחסית, גבוהה לפשוטה עבור כל משתמש מים, מחקלאים ועד לצמחים תעשייתיים.

עבור ארגונים המעוניינים לחזק את ההחזקה הסביבתית שלהם, השקעה בחיישנים אלה היא צעד מעשי לקראת עתיד מים בר קיימא יותר. בשילוב עם מערכות חכמות ומחויבות להחלטות המונעות על ידי נתונים, הם מציעים דרך להפחית את טביעת הרגל במים שלנו תוך שמירה על כסף והגנה על כדור הארץ.