Aqualia
Connecting Waterpeople
CETA2020
Consulta el avance del programa y compra ya tu entrada con descuento.

G. Herrin: "Los gemelos digitales se convertirán en parte integral dentro del sector del agua"

1
279
  • G. Herrin: " gemelos digitales se convertirán parte integral dentro sector agua"
  • Traducción de Cristina Novo.

Sobre la Entidad

Bentley Systems
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.
· 279
1

A medida que la digitalización se está convirtiendo en una parte esencial del sector del agua, cada vez más empresas de servicios públicos dedicadas a este ámbito pueden beneficiarse de sus soluciones y uso. Una nueva tecnología que apunta a llevar estos límites a nuevos extremos es el concepto de gemelos digitales. Pero, ¿cómo se puede aplicar a la industria del agua?

Entrevistamos Gregg Herrin, Senior Director de Water Infraestructure de Bentley Sistems para averiguar un poco más sobre esta nueva tecnología y cómo la solución Digital Twins de Bentley puede diferenciarse de otras compañías.

Pregunta: En primer lugar, nos gustaría conocer brevemente su trayectoria profesional y las funciones que desempeña en Bentley.

Respuesta: En 2004 entré a trabajar para Bentley Systems, cuando Bentley adquirió Haestad Methods, una empresa pionera en la industria del software de hidráulica e hidrología. Desde entonces, he ejercido diferentes funciones relacionadas con la combinación de tecnologías de ingeniería y sistemas de datos. Actualmente lidero el equipo responsable de las soluciones de Bentley para infraestructuras hídricas.

Durante mis años en Bentley, he sido testigo de muchos avances en tecnología informática, de sensores, y de comunicaciones. Pero muchas empresas de servicios públicos de aguas dudan a la hora de adoptar nuevas tecnologías debido a cuestiones de seguridad de los datos, porque no saben si los beneficios compensan los costes de implantación, y debido a ciertas dudas sobre su capacidad para usar las nuevas herramientas eficazmente. Estos son algunos de los retos a los que nos enfrentamos en este campo, pero me entusiasma ver a tantas personas en el sector del agua que ahora ya están dispuestas a adoptar la tecnología y mejorar la eficiencia, la fiabilidad y el servicio en general. Yo mismo, junto con otros en este sector, me he dedicado a difundir muchas de estas tecnologías en el mercado durante varias décadas, y es muy satisfactorio ver el cambio que finalmente se está produciendo.


Gregg Herrin , Senior Director de Water Infraestructure de Bentley Sistems.

P.- Según Gartner, el 75 % de las organizaciones que están implantando el IoT ya utilizan gemelos digitales, o prevén hacerlo en el próximo año. ¿Podría explicar en qué consiste un gemelo digital?

R.- Un gemelo digital es una representación digital de un activo, un proceso o un sistema físico, así como la información de ingeniería que nos permite conocer y simular su funcionamiento. Normalmente, los gemelos digitales pueden estar constantemente sincronizados a partir de diferentes fuentes, entre ellas sensores y datos de muestreos continuos, y lecturas de contadores, para representar un estado cercano al tiempo real, las condiciones de funcionamiento, o la posición.

Al conectar el mundo físico con el mundo digital, se tiene acceso a información oportuna y fiable que puede ayudar a tomar decisiones sobre cualquier aspecto, desde planificación y diseño a operaciones y mantenimiento. Un gemelo digital permite a los usuarios visualizar el activo, llevar a cabo análisis, y generar información para predecir y optimizar el rendimiento. Un gemelo digital permite a los usuarios tomar decisiones fundamentadas sobre cada parte del ciclo de vida del activo, desde decisiones a largo plazo sobre la vulnerabilidad del sistema y la planificación de capacidad, hasta decisiones a medio plazo sobre planificación de mantenimiento preventivo, y decisiones a corto plazo sobre la programación de bombeos. Puede incluso ayudar con decisiones inmediatas como en el caso de emergencias, en las que el tiempo de respuesta es crítico, y los errores pueden ser costosos e incluso fatales.

En Bentley, nos especializamos en tecnologías de ingeniería (TE), pero estamos combinándolas con tecnologías operativas (TO) y con tecnologías de la información (TI) para proporcionar un entorno abierto de datos conectados que posibilita los gemelos digitales

P.- ¿En qué se diferencian las soluciones de gemelos digitales de Bentley de las de otras empresas?

R.- En Bentley, nos especializamos en tecnologías de ingeniería (TE), pero estamos combinándolas con tecnologías operativas (TO) y con tecnologías de la información (TI) para proporcionar un entorno abierto de datos conectados que posibilita los gemelos digitales. Al integrar tecnologías de ingeniería, operativas y de la información, creamos una infraestructura digital conectada e inteligente, que sirve de apoyo a la planificación, diseño, construcción y operaciones de redes de aguas inteligentes. El entorno abierto, de datos conectados, permite mejores flujos de trabajo, más deprisa, para abordar los retos globales de una empresa de servicios mejor de lo que es posible con herramientas individuales.

Estas conexiones de procesos y datos nos permiten hacer cosas como conectar modelos de la realidad con herramientas de simulación, y conectar herramientas de diseño funcional con herramientas de diseño físico. Con dichas conexiones es más fácil garantizar que nuestra infraestructura funcione de la forma que debe hacerlo, conforme al mundo real, y que su impacto pueda compartirse eficazmente con todo tipo de partes interesadas, dentro de la empresa de servicios, e incluso con las autoridades municipales y los ciudadanos.

También somos expertos en asegurar que los gemelos digitales tengan la fidelidad necesaria para lograr beneficios a largo plazo. Nuestro enfoque se basa en capturar la realidad física de las condiciones existentes, el contexto digital; y alinear los datos de ingeniería virtual (los componentes digitales) para que los "datos oscuros" se utilicen en la analítica; y la sincronización de esos datos para que reflejen el cambio continuo que es intrínseco a cada proyecto o activo en operación. Nuestros servicios iTwin® proporcionan la sincronización de cambios necesaria para mantener la integridad de los datos del gemelo digital.

P.- ¿Cuáles cree que son los principales desafíos para el sector del agua en la actualidad?

R.- Los principales desafíos para las empresas de servicios públicos de aguas son los mismos de siempre: lidiar con infraestructuras antiguas e insuficientes, a la vez que tratan de proporcionar un servicio seguro, fiable y rentable. Algunos factores influyen cada vez más en la complejidad y los riesgos asociados a estos desafíos, como cambios en la población y usos del suelo debido a una urbanización rápida, el aumento de fenómenos meteorológicos extremos y desastres naturales, mayores expectativas por parte de los ciudadanos y normativa más estricta.

Muchas empresas de servicios públicos no saben cómo abordar estos desafíos, así que hacen cosas que parecen importantes, como recopilar un gran volumen de datos electrónicos, procedentes de contadores inteligentes, sensores, y diferentes tipos de inspecciones. No obstante, sigue siendo difícil utilizar esos datos para tomar mejores decisiones, en parte porque muchos no tienen la tecnología digital que mejore los procesos de su empresa. El movimiento digital representa una oportunidad para las organizaciones del sector del agua de cambiar cómo trabajan, haciendo un uso más eficaz de los datos, pero también representa un riesgo: sin una manera de utilizar sus datos de forma más eficaz para abordar problemas reales, a muchas empresas de servicios les inundan los datos sin poder extraer información útil.

Esta es una de las cosas que más me entusiasma: podemos ayudar a estas empresas de servicios a sacar el máximo partido de sus activos, al acceder a datos que actualmente se encuentran dispersos en entornos de tecnologías de información desconectados, hojas de cálculo, y documentos impresos, para que puedan cumplir su objetivo de proporcionar un servicio seguro, fiable y eficiente a sus clientes.

Los principales desafíos para las empresas de servicios públicos de aguas son los mismos de siempre: lidiar con infraestructuras antiguas e insuficientes, a la vez que tratan de proporcionar un servicio seguro, fiable y rentable


La Unidad de Gestión Regional de Sabesp Metropolitana Sul (MS) emprendió un proyecto para resaltar la importancia de utilizar la integración de procesos y las nuevas tecnologías, incluido el modelado hidráulico y los medidores de alta precisión. El proyecto se centró en mejorar la red de suministro de agua para limitar los cortes de suministro y mejorar la satisfacción del cliente en la región. Imagen: Sabesp.

P.- ¿Cómo pueden ser útiles las últimas tecnologías, entre ellas los gemelos digitales, para las empresas de servicios públicos de aguas?

R.- Los gemelos digitales combinan información en tiempo real con analítica espacial, para que las empresas de servicios puedan saber lo que está pasando en sus sistemas de abastecimiento de aguas y alcantarillado, y también predecir su funcionamiento futuro y simular el efecto de posibles actuaciones antes de llevarlas a cabo en el mundo real. Permiten visualizar los resultados para apoyar la toma de decisiones y su visibilidad analítica, para hacer un seguimiento de las operaciones y optimizar la eficiencia, gracias a la inteligencia artificial. Los gemelos digitales también permiten la gestión del trabajo y de los activos (lineales o no), un mantenimiento centrado en la fiabilidad que incluye un análisis de problemas repetitivos o graves y su causa, y una gestión estratégica del ciclo de vida de los activos según el riesgo. Con esto se pueden optimizar los costes del ciclo de vida, extender la vida útil de las infraestructuras, y priorizar, gestionar e implantar proyectos de mejora de capital.

Específicamente, Bentley OpenFlows™, parte del entorno abierto de simulación de Bentley, proporciona a los profesionales del agua en todo el mundo herramientas avanzadas de ingeniería para la planificación, diseño, mantenimiento y operación de infraestructuras de aguas, aguas residuales y pluviales. Incluye la identificación y gestión de activos, control de capacidad/presión, fiabilidad y criticidad, reducción de fugas, y gestión de calidad/seguridad de las aguas y consumo energético. Nuestras soluciones son aplicables a todas las fases del ciclo de vida: desde el plan director y/o plan de capital hasta el diseño detallado, operación y mantenimiento, incluidos el seguimiento en tiempo real y predicciones, respuesta a emergencias, y planificación del mantenimiento.

Como ejemplos del uso de gemelos digitales en las infraestructuras de aguas, aguas residuales y pluviales, cabe citar:

  • Gemelos digitales de la red de distribución de agua que proporcionan información útil para la toma de decisiones en todas las fases del ciclo de vida de los activos, desde el plan director al plan de capital y el diseño, la operación y mantenimiento incluida la resiliencia, mejor preparación frente a emergencias y predicciones que ayudan a evitar problemas. 
  • Gemelos digitales en sistemas de colectores de aguas residuales, de pluviales o unitarios que utilizan modelos hidráulicos y datos de las infraestructuras. Proporcionan información útil para la toma de decisiones en todas las fases del ciclo de vida de los activos, desde el plan director al plan de capital y el diseño, la operación y mantenimiento.
  • Gemelos digitales para la resiliencia frente a inundaciones, que proporcionan información útil con análisis precisos y fiables para mitigar el riesgo de inundaciones.

Resolver cuestiones cruciales para la empresa

Fiabilidad y criticidad del sistema. Identificar todos los segmentos del sistema que pueden estar aislados; evaluar el impacto sobre el sistema de cerrar cualquier segmento; y evaluar la importancia de fallos en cualquier tubería o válvula. Los ingenieros prudentes conocen los riesgos que entrañan sus operaciones y desarrollan planes de respuesta. Llevar a cabo las evaluaciones y consiguiente planificación requiere tener en cuenta posibles riesgos. Un gemelo digital ayudar a evaluar el riesgo y la resiliencia. Es posible probar diferentes riesgos con un modelo hidráulico/de calidad de aguas del sistema que refleje las condiciones actuales del sistema. Con un modelo hidráulico, la empresa de servicios puede simular incidentes tales como problemas con las tuberías, apagones, incendios y contaminación.

Reducir las pérdidas de agua. Combinar la gestión de la red y la sectorización con modelos de simulación para identificar la ubicación de problemas y orientar al personal de campo. 

Gestión energética. Evaluar el consumo energético y los costes con planificación a largo plazo y decisiones sobre estrategias de bombeo y selección de bombas, así como decisiones sobre operaciones a corto plazo para la programación de bombeos. Pueden combinarse sistemas SCADA con los resultados de modelos hidráulicos para probar alternativas a la operación de los sistemas, con objeto de ahorrar energía o mejorar la eficiencia.

Operaciones en tiempo real. Actualizar los datos de sistemas SCADA y otras fuentes, simular automáticamente, activar alertas tempranas, y mostrar los resultados de los modelos en SCADA HMI. Integrar los resultados de modelos hidráulicos con sistemas SCADA puede completar la información entre puntos de seguimiento del sistema SCADA (por ejemplo, la presión prevista en el límite entre zonas de presión) y proporcionar a los operadores información que no puede medirse directamente (edad del agua, velocidad), con lo que los ingenieros obtienen una visión global de la red de agua.

Respuesta a emergencias. Un modelo hidráulico integrado con sistemas SCADA no solo proporciona una imagen clara y precisa del comportamiento actual del sistema, también es posible simular varias alternativas para identificar la respuesta óptima en caso de emergencia. La dificultad de preparar planes de respuesta a emergencias radica en que la respuesta difiere según el tipo de emergencia. La mayor parte de las empresas de servicios ya disponen de un modelo hidráulico de su sistema que utilizan para la planificación y el diseño. A partir de ahí, no es difícil construir un modelo en tiempo real para utilizar en las operaciones.

Transitorios o golpes de ariete. Pueden originarse debido a cambios rápidos como apagar una bomba, cerrar una válvula, extinción de incendios o apagones. Las ondas de presión pueden causar depresiones y sobrepresiones y el resultado puede ser un fallo catastrófico. El objetivo es entender los puntos con problemas y simular el efecto de cualquier dispositivo de protección contra sobrepresiones.

Colectores. Identificar zonas de la red en las que hay un riesgo de formación de sulfuro de hidrógeno (H2S); determinar el riesgo de desbordamiento del sistema; identificar zonas de entrada e infiltración y simular la calidad del agua.

Drenaje urbano. Tener en cuenta el drenaje en el plan director, el plan de capital, y en las ampliaciones y rehabilitación del sistema. Por ejemplo, puede haber una parte del alcantarillado de una ciudad donde existen problemas de desbordamiento en unos cuantos puntos. La información que proporciona un gemelo digital permite a los ingenieros investigar diferentes escenarios de mejora para decidir cuál es la opción más adecuada. Bentley propone diferentes opciones de drenaje urbano sostenible, como áreas de biorretención, depósitos de lluvia, pavimentos permeables, cunetas verdes, y zanjas de infiltración.

Resiliencia a las inundaciones en zonas urbanas. Los gemelos digitales contribuyen a la resiliencia con software de simulación de inundaciones, para conocer y mitigar el riesgo de inundaciones en relación con el conjunto de procesos interconectados en sistemas urbanos, fluviales y costeros. Mediante el uso de datos fiables y precisos de análisis de riesgos, en un entorno abierto de datos conectados, los ingenieros pueden configurar un gemelo digital para estudiar la resiliencia a las inundaciones.


La ciudad de Lisboa cambia de mentalidad reactiva a proactiva con objetivos para mitigar el riesgo de inundación en Lisboa a través de la intervención con la infraestructura existente y mejorar la capacidad de drenaje de los sistemas de aguas pluviales existentes, lo que se traducirá en una nueva estrategia de mitigación que evitará 20 inundaciones en un período de 100 años. Cientos de millones de euros. Imagen: Lisboa.

P.- ¿Qué proyectos de gemelos digitales está llevando a cabo Bentley en la actualidad en el sector del agua?

R.- Los gemelos digitales permiten a los ingenieros visualizar un activo, comprobar su estado, llevar a cabo análisis y simulaciones, y generar información para predecir y optimizar su funcionamiento. Gracias a los gemelos digitales se está acelerando el desarrollo de productos y procesos, optimizando el funcionamiento y permitiendo un mantenimiento predictivo. Con los gemelos digitales es posible visualizar, analizar, simular y predecir consecuencias y optimizar sistemas.

Barwon Water (Victoria, Australia) quería optimizar la gestión de activos y mejorar el servicio al cliente mediante una planificación más eficiente de las mejoras a llevar a cabo en la red. Un indicador clave de rendimiento en cuanto al servicio al cliente es el número de clientes que se ven afectados por interrupciones del servicio, tanto previstas como imprevistas. El objetivo de la empresa era mejorar la calidad del servicio en un área geográfica de 8000 kilómetros cuadrados. Mediante un modelo hidráulico, se simuló el cierre de determinados segmentos del sistema, para determinar el impacto de cada cierre en el funcionamiento. El equipo mejoró la precisión al identificar colectores críticos y no tuvo que hacerlo de forma manual, lo que supuso ahorrar aproximadamente dos años de trabajo y 200.000 dólares australianos (más de 120.000 euros).

La Ciudad de Lisboa (Lisboa, Portugal) ha sufrido varias inundaciones. El riesgo de inundaciones es mayor como consecuencia del aumento del nivel del mar y episodios de precipitaciones intensas más frecuentes. El área alrededor de Lisboa se ha urbanizado muy rápidamente, con lo que la impermeabilidad del suelo contribuye a las inundaciones, que suelen tener lugar tras precipitaciones intensas en una o varias subcuencas. La infraestructura actual de Lisboa no es suficiente para asegurar un drenaje eficiente durante estos episodios. Entre 1900 y 2006, se produjeron 84 inundaciones en Lisboa, mientras que entre 2008 y 2014, fueron 15 las inundaciones en la ciudad. La ciudad de Lisboa ha creado un gemelo digital para simular las inundaciones en la zona urbana, con el que es posible explorar exhaustivamente escenarios alternativos y desarrollar un plan para diferentes periodos de retorno. Gracias al gemelo digital Lisboa puede elaborar un plan director de drenaje urbano que ofrece protección frente a los cambios en el clima y la urbanización.

Águas do Porto, EM (Oporto, Portugal) desarrolla plataformas tecnológicas para la gestión integrada del ciclo urbano del agua. La empresa de servicios ha creado una plataforma en línea que combina todas las fuentes de datos (GIS, sensores de la red en tiempo real, contadores en viviendas, sistemas SCADA, facturación de laboratorios, pedidos, y logística). Con la creación de un gemelo digital de los sistemas de abastecimiento, aguas residuales, aguas pluviales y aguas de baño de la ciudad, es posible predecir problemas debido a inundaciones y calidad del agua, con objeto de mejorar la respuesta y resiliencia de la ciudad. La introducción de los diferentes ámbitos de simulación y la capacidad del servidor de incluir diferentes aplicaciones o plugins han sido los principales factores del éxito de su implantación a la escala de la ciudad. Con ello se ha facilitado la integración de nuevos modelos, fuentes de datos y herramientas, y la puesta en marcha de los componentes y publicación de resultados sin contratiempos. Con esta solución, Águas do Porto, EM puede predecir el funcionamiento, identificar cualquier fallo a tiempo, e indicar actuaciones a partir de la información de los activos.

Sabesp (São Paulo, Brasil) ha implantado mejoras en las redes de aguas de toda la zona donde presta servicio. Como parte de una de esas iniciativas, la empresa de servicios creó un índice proactivo para las infraestructuras, utilizando modelos hidráulicos para mejorar la fiabilidad del servicio de abastecimiento de aguas. La solución también incluyó un análisis de la velocidad del agua en las tuberías, con objeto de mejorar la seguridad física y ayudar a reducir las roturas en tuberías. Se analizó la falta de presión y baja presión un puntos de entrada a tanques para un abastecimiento continuo sin interrupciones. En otro proyecto, se reestructuró el sector Jardim Angela en São Paulo, con lo que se redujeron las pérdidas de agua desde un 61 % a un 30 %, con un ahorro estimado de 103.000 reales (casi 24.000 euros). Por último, en la localidad de Diadema, se utilizó un modelo de simulación como pilar del diseño preliminar de Sabesp para la red hidráulica. El modelo hidráulico sirvió para simular soluciones simples y útiles para la empresa en lugar de alternativas más costosas y complejas, con objeto de garantizar el abastecimiento de agua durante al menos una década. Con este proyecto se han reducido las pérdidas de agua y ahorrado recursos hídricos, todo ello de manera rentable, gracias a la integración de procesos y las nuevas tecnologías. Actualmente se encuentra aún en construcción; las intervenciones ya implantadas han logrado mejorar el abastecimiento a la población de Diadema, con una mayor satisfacción por parte de los clientes y mejoras en el uso de contadores.

Los gemelos digitales se convertirán en parte integral de todos los aspectos del sector del agua

P.- Por último, ¿cómo cree que será el futuro de las tecnologías digitales en el sector del agua?

R.- El futuro de las tecnologías digitales en el sector del agua será el mismo que el futuro de las redes de agua en general: iremos progresando hacia una situación en la que problemas corrientes como roturas de tuberías, vertidos de aguas residuales, inundaciones, etc. serán muy infrecuentes. Gracias a estas tecnologías podemos reconocer y hacer frente a los problemas de forma instantánea, tenemos una mayor capacidad para predecir y prevenirlos antes de que ocurran, y podemos tomar decisiones en cuanto al diseño de nuevas infraestructuras para que tengan mayor resiliencia. Por consiguiente, veremos un servicio mejor, mayor fiabilidad y eficiencia, y en general, avances en cuanto a nuestro impacto social, económico y ambiental.

Estas mejoras en la vida real serán en gran medida consecuencia de los avances en las tecnologías digitales, ya que al integrar la ingeniería digital con datos de la empresa y las operaciones, es posible aumentar el valor de las infraestructuras hídricas a lo largo de toda su vida útil. Gracias a los gemelos digitales las empresas de servicios podrán mejorar la gestión de los sistemas de abastecimiento, alcantarillado y pluviales con operaciones eficientes, prevención de pérdidas, y resiliencia. Al igual que las predicciones meteorológicas y la información de tráfico se han convertido en algo normal, los gemelos digitales se convertirán en parte integral de todos los aspectos del sector del agua, y eso es algo estupendo para todos nosotros.

Puedes leer la entrevista original en Smart Water Magazine.

La redacción recomienda

15/10/2018 · Eventos · 123 1

Year in Infrastructure Conference 2018 Highlights