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Avances digitales en el sector del agua

  • Avances digitales sector agua
    El ciclo integral del agua.
  • El futuro de las empresas de servicios de aguas, ¿pasa por los gemelos digitales? En un sector que históricamente no ha sido nada proclive a arriesgarse, la transformación digital implica incorporar la tecnología de los gemelos digitales, los entornos abiertos y los flujos de trabajo integrados.
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Nuestros productos de modelado de sistemas de agua y aguas residuales han proporcionado a los profesionales de la hidráulica de todo el mundo herramientas avanzadas para planificar, diseñar, mantener y operar infraestructuras hidráulicas.

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Portada iAgua Magazine

La digitalización de las infraestructuras de aguas continúa

Las empresas de servicios de agua se enfrentan a varios problemas a la hora de asegurar la fiabilidad, resiliencia y asequibilidad de los sistemas de aguas. Entre las preocupaciones más frecuentes están el incremento de los precios de la electricidad, el envejecimiento de activos e infraestructuras, el aumento de la escasez y las pérdidas de agua, el crecimiento de la población urbana y disminución de la población rural, y fenómenos meteorológicos extremos provocados por el cambio climático global, como huracanes, inundaciones y sequías. Afortunadamente, existe un abanico de soluciones a muchos de estos problemas, que van desde la colaboración público-privada a la concienciación sobre la conservación o las tecnologías smart water.

Además, las empresas de servicios están avanzando en su propia digitalización para afrontar retos complejos. Las empresas pueden recopilar cantidades de datos electrónicos sin precedente, generados por contadores inteligentes, sensores y diferentes tipos de inspecciones. No obstante, sigue siendo difícil utilizar esos datos para tomar decisiones mejores, en parte por no tener la tecnología digital para mejorar los procesos. La transformación digital supone una oportunidad de cambiar la forma de trabajar, haciendo un mejor uso de los datos, aunque también conlleva riesgos.

Un gemelo digital cambia de forma dinámica según los datos que recibe, lo que le permite madurar y generar información valiosa

“Tener buenos datos es fundamental para tomar buenas decisiones. A menudo, las empresas de servicios tienen dificultades para utilizar de manera eficaz los datos que ya tienen y que recogen habitualmente porque están en hojas de cálculo, archivos en papel o soluciones informáticas que no están conectados”, comenta Gregg Herrin, vicepresidente de Infraestructuras de Aguas en Bentley Systems. “Sin tener una manera de usar esos datos de forma eficaz para abordar problemas reales, puedes encontrarte enterrado en datos, pero sin poder extraer información útil. Los gemelos digitales son una estrategia formidable para corregir esto, que muchas empresas de servicios de aguas ya están adoptando”.

Un gemelo digital es una representación digital de un activo, un proceso o un sistema. Para una operadora de servicios de agua, un gemelo digital puede actualizarse constantemente con datos operativos digitales desde los sistemas de control y adquisición de datos (SCADA), sensores, contadores y otros dispositivos de medición, creando un modelo en tiempo real que puede utilizarse en las operaciones. Un gemelo digital cambia de forma dinámica según los datos que recibe, lo que le permite madurar y generar información valiosa que un modelo tradicional estático no puede generar, y esa capacidad puede orientar las decisiones empresariales.

Los gemelos digitales proporcionan datos exactos y fiables que pueden utilizarse para analizar hipótesis y tomar decisiones en todo el ciclo de vida de un sistema de aguas: desde la vulnerabilidad del sistema a largo plazo y la planificación de capacidad, hasta el seguimiento del rendimiento y la respuesta en caso de emergencia.​

El concepto del gemelo digital puede utilizarse a diferentes escalas: desde un componente individual como una bomba o una válvula, hasta un subsistema como una planta de tratamiento de aguas u otra instalación, o hasta la red entera de una empresa operadora. Los gemelos digitales pueden ser útiles en cada fase del ciclo de vida del activo, desde la planificación y el diseño hasta la construcción, las operaciones y el mantenimiento. Además, los gemelos digitales pueden ser útiles para diferentes tipos de personas: ingenieros y diseñadores, operadores y otras partes interesadas, tanto personas de la empresa de servicios (ejecutivos) como externas (público).

Como muchas industrias han visto durante la pandemia de la COVID-19, la resiliencia del personal es más importante que nunca. Aunque las operadoras de agua se consideran servicios esenciales, y, por lo tanto, pueden tener personal trabajando en persona en la oficina para apoyar las operaciones de la empresa, la tendencia a dar acceso a los datos desde cualquier parte adquiere mayor importancia. Para la operadora, el énfasis está en la accesibilidad de la información procedente del terreno para investigar y evaluar cualquier problema, y poder responder con celeridad.

Los gemelos digitales proporcionan datos que pueden utilizarse para tomar decisiones en todo el ciclo de vida de un sistema de aguas

El resultado es un modelo digital de una infraestructura, conectado e inteligente, que ayuda en la planificación, diseño, construcción y las operaciones de las redes smart water. Los gemelos digitales de los sistemas de aguas proporcionan datos exactos y fiables que pueden utilizarse para analizar hipótesis y tomar decisiones en todo el ciclo de vida de un sistema de aguas: desde la vulnerabilidad del sistema a largo plazo y la planificación de capacidad, hasta el seguimiento del rendimiento y la respuesta en caso de emergencia.

“La digitalización impulsará la integración con otros patrones de respuesta a las amenazas modernas reconocidas globalmente, que yo llamo las 4 Ds”, dice Richard Vestner, director senior de Soluciones Digitales en Bentley Systems. “La descarbonización, la descentralización y la democratización se unen a la digitalización. Las acciones al respecto en todas las industrias de forma colectiva pueden mitigar el impacto negativo de megatendencias que desestabilizan los ecosistemas naturales y conducen a la pérdida de resiliencia. Se necesitan nuevas estrategias, soluciones bien pensadas y servicios que mejoren la calidad y la disponibilidad de agua, y los gemelos digitales pueden tener un papel esencial a la hora de construir soluciones integrales y sostenibles”.

Quizá se pregunten si esto es una exageración o es real. La respuesta breve es que es algo muy real, pero que las empresas de ingeniería y las operadoras tienen diferente nivel de madurez. La incertidumbre frente a lo desconocido es incómoda. También puede ser incómodo cambiar la forma actual de hacer las cosas. El consejo de algunos usuarios es que hay que pensar a lo grande, probar con algo pequeño, y luego aumentar la escala. A continuación, describimos ejemplos de innovación en proyectos y en operaciones.

Innovadores en proyectos de aguas, saneamiento y aguas pluviales

El departamento de agua y saneamiento de Guwahati, en la India, quería aumentar la cobertura de abastecimiento de agua potable en un 70%. Sin embargo, los métodos de diseño hidráulico manuales utilizados previamente eran proclives a errores y poco eficientes. Se encargó a NJS Engineers India la ejecución de infraestructuras de aguas modernas e inteligentes, pero era necesario superar dificultades relacionadas con aspectos técnicos, de coordinación, e ingeniería, así como altas presiones. Para gestionar y compartir los datos entre más de cien empresas, NJS necesitaba establecer un entorno de datos conectados. El equipo creó un entorno digital de SIG que ayudó a ahorrar el 2% de los costes de planificación y construcción, al reducir la producción de dibujos en un 60%. Posteriormente, mediante simulación hidráulica, pudieron identificar y desarrollar soluciones para el sistema de distribución a alta presión, con un ahorro del 6% de los costes globales del proyecto. El gemelo digital creado para el proyecto ayudó a promover la gestión del ciclo de vida de los activos. NJS desarrolló un sistema de abastecimiento completamente digitalizado, mejorando la visibilidad y estandarizando procesos empresariales que se prevé reduzcan los costes operativos.

Las aplicaciones de Bentley crearon un entorno colaborativo para trabajar en componentes complejos del proyecto. Crédito: Shanghai Water Engineering Design & Research Institute Co., Ltd.

Con miembros del equipo en Australia, Canadá y el Reino Unido, Hatch era responsable del diseño y construcción de un nuevo túnel para el vertido de aguas residuales tratadas desde la Planta de Tratamiento de Ashbridges Bay al lago Ontario. Necesitaban aplicaciones que combinaran diseño asistido por ordenador y análisis de ingeniería para el proyecto de vertido de aguas residuales, con un coste estimado de 350 millones de dólares canadienses (228 millones de euros). También tenían que minimizar los costes a la vez que se tenían en cuenta las características del suelo y el entorno subacuático. Los ingenieros de Hatch previeron las condiciones geológicas límite bajo el lago para tomar importantes decisiones de diseño. Colaboraron desde diferentes husos horarios en un entorno de datos conectados para cumplir con los plazos fijados y acorde a lo presupuestado. Desarrollaron un diseño de gran calidad con la ayuda de modelos digitales y análisis estructurales, ahorrando horas de dedicación equivalentes a 25.000 dólares canadienses (16.000 euros). También se ahorraron más de 45.000 dólares (29.000 euros) en papel e impresión, y el equipo de diseño se consolidó con un ahorro de más de 350.000 dólares canadienses (228.000 euros).

Shenzhen Water Group quería llevar a cabo un proyecto smart water de renombre internacional, que englobaba edificios, instalaciones de transporte y tuberías, para la futura planta de tratamiento de aguas de Nanshan, que beneficiará a 1,5 millones de personas. Contrataron a POWERCHINA ZhongNan Engineering Corporation Limited para crear diseños ecológicos en 3D de alta calidad de la tubería para el transporte de agua bruta. Sus modelos también tenían que ser aplicables a todo el ciclo de vida del proyecto y durar un siglo. Para lograr dichos objetivos, POWERCHINA ZhongNan tenía que utilizar una plataforma de diseño colaborativa para crear gemelos digitales a utilizar en análisis, cálculo de cantidades y simulación. Mediante la creación de modelos de gemelos digitales de todos los componentes, el equipo fue capaz de reducir en un mes el tiempo dedicado al diseño, ahorrando cuatro millones de yuanes (medio millón de euros). La simulación garantizó un diseño exacto y redujo la mano de obra y los residuos en un 20%, con menor consumo de energía.


POWERCHINA ZhongNan creó modelos de gemelos digitales de todos los componentes. Crédito: POWERCHINA ZhongNan.

La construcción de un proyecto a gran escala de una compuerta de bombeo en un río implicó muchas disciplinas de ingeniería, equipos de servicios y la reubicación e instalación de tuberías subterráneas. El nuevo acceso al mar tiene por objeto reducir la frecuencia de inundaciones en Shanghái. Dado el poco tiempo disponible para el diseño, y la gran cantidad de trabajo a realizar, el Shanghai Water Engineering Design and Research Institute decidió que, en lugar de usar métodos tradicionales, era necesario generar un modelo 3D de la realidad, a la vez que se importaban modelos BIM (Building Information Modeling) en los programas de análisis de elementos finitos. El proyecto fue el primero en el que aplicaron tecnología BIM a todos los aspectos del diseño y la construcción. El Shanghai Water Engineering Design and Research Institute mejoró los modelos en 3D al trabajar de forma colaborativa y eficiente en un entorno de datos conectados, para que todas las disciplinas pudieran diseñar los componentes del proyecto de forma simultánea. Gracias a las aplicaciones BIM de Bentley, se dieron cuenta de varios casos en los que colisionaban procesos constructivos, con lo que se redujo el trabajo a rehacer, los costes y el plazo de construcción.

Innovadores en la operación de sistemas de aguas


El entorno de gemelos digitales fue posible gracias a OpenFlows WaterGEMS, OpenFlows SewerGEMS, y OpenFlows FLOOD, y sobre todo el hecho de que las aplicaciones para unificar los datos necesarios fueran abiertas.

Águas do Porto (AdP) mejoró el ciclo integral del agua urbana en la ciudad de Oporto en Portugal con la puesta en funcionamiento de una plataforma de gestión smart water (un gemelo digital), llamado H2PORTO, basada en aplicaciones de Bentley. Al unificar los datos que se generaban en sistemas anteriormente no comunicados, AdP ha mejorado la exactitud de los datos obtenidos a partir de la lectura de sensores hasta casi el 99%. Se logró lo siguiente: disminuyeron un 22,9% las interrupciones de los servicios; disminuyó un 54% el número de derrumbes de colectores; las reparaciones debidas a tuberías reventadas y conexiones de colectores y del servicio mejoraron en un 8,3% y un 45,5% respectivamente; el volumen de agua no registrada se redujo un 3,5%; la integración de datos en tiempo real y la disponibilidad de información para los equipos sobre el terreno resultó en beneficios operativos de un 23%; y finalmente el acceso remoto a H2PORTO permite a los técnicos actualizar la información del gemelo digital mientras trabajan sobre el terreno, con un beneficio operativo del 23%.

Se contrató a DTK Hydronet Solutions como consultora de ingeniería para desarrollar la red de aguas de Dibrugarh, que proporciona agua potable a presión a 25.391 viviendas en la región de Assam, India. Sin embargo, resultaba imposible trabajar con los métodos convencionales para compartir archivos y llevar a cabo estudios hidráulicos en los plazos estipulados. Asimismo, había que solucionar problemas de agua no registrada. DTK necesitaba establecer un entorno de datos conectados y digitalizar los flujos del trabajo, de ingeniería y la gestión de activos. Así, completando el diseño en cincuenta días, con un ahorro del 40% de las horas de diseño y del 15% de los costes de inventario, analizó más de cien escenarios operativos, lo que resultó en un sistema smart water que reducirá el agua no registrada a no más del 15%, y logró un cambio de paradigma en las prácticas de ingeniería digital, consiguiendo una mejor gestión de los activos basada en la gestión del riesgo.

DKT logró un cambio de paradigma en ingeniería digital, lo que resultó en una mejor gestión de los activos, basada en la gestión del riesgo

Ya que una parte de la población no tiene cobertura adecuada de servicios de saneamiento o acceso a agua limpia, el gobierno de Brasil quería acelerar la ampliación de la cobertura, fomentando que inversores construyan o gestionen las plantas existentes. No obstante, la entrega de información sobre los activos de instalaciones de gestión pública encontró dificultades debido a la desorganización de la información. Aegea, un grupo privado de operadoras de agua y saneamiento, buscaba un enfoque integral y reconoció la necesidad de una solución colaborativa, con gemelos digitales. El resultado fue el programa Infra Inteligente, con un valor de veinte millones de reales brasileños (tres millones de euros), que combina BIM y gestión de activos, y transforma datos del ciclo de vida de los activos en modelos en 3D que contienen especificaciones y acceso en tiempo real a las operaciones de los activos. Aegea espera ahorrar varios millones con el cambio de un mantenimiento reactivo a uno proactivo, que ampliará la vida útil de sus activos.


Con las aplicaciones de Bentley, el equipo combinó la información de entrega y la gestión de activos del proyecto. Crédito: Aegea.

Cuando SABESP quiso reducir las pérdidas de agua en São Paulo, Brasil, disponía de métodos insuficientes, lo que podía causar descontento entre los clientes y pérdidas de ingresos. Al realizar un estudio del sector de suministro de Cursino en la ciudad, se dieron cuenta de que para desarrollar propuestas de mejora válidas y bien fundamentadas tenían que superar barreras como las infraestructuras envejecidas, la topografía irregular, el aumento de la demanda y la recogida de datos. También reconocieron que para identificar zonas críticas y con presión insuficiente, y para analizar opciones de renovación, era necesario desarrollar gemelos digitales. Con un gemelo digital, podrían transformar su base de datos de activos en un modelo hidráulico dinámico del abastecimiento en el sector de Cursino. Se prevé que la solución de gemelos digitales genere beneficios operativos que calculan ahorrarán cerca de 850.000 reales (131.000 euros) al mes (una vez terminada la implantación del proyecto) debido al volumen de agua que se recuperaría. También servirá como referencia para la mejora de los servicios de abastecimiento en otras zonas de la ciudad.


ProjectWise y OpenFlows ayudaron a los equipos a desarrollar una plataforma de SIG en la nube para gestionar información y llevar a cabo simulaciones hidráulicas. Crédito: DTK Hydronet Solutions.

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