Modelos matemáticos aplicados al agua, la fórmula perfecta para comprometerse con el medioambiente

Y, es que, desde su creación, Canal de Isabel II ha tenido una misión fundamental, la de garantizar el abastecimiento de agua segura y de calidad a los madrileños sin perder de vista la importancia de preservar el recurso hídrico y el cuidado del medioambiente en todos los procesos que componen el ciclo integral del agua, desde los más simples, como el transporte hidráulico de agua en condiciones de presión, hasta los más complejos, como pueden ser los procesos biológicos de las depuradoras de aguas residuales.

“Una sola Tierra” es el lema de este Día Mundial del Medio Ambiente 2022 en el que se destaca la necesidad de vivir de forma sostenible, en armonía con la naturaleza. Canal de Isabel II lo hace a través de su Plan Estratégico 2018-2030, con el que afronta los retos de modernización y sostenibilidad que requiere el sector del agua como parte de esta reconciliación con el planeta, y mantiene e impulsa los niveles tecnológicos y de excelencia en el servicio.

Desde que una gota de lluvia cae del cielo hasta que sale por el grifo del usuario y, posteriormente, se vierte de nuevo a los cauces en óptimas condiciones, el agua pasa por una serie de fases (captación, tratamiento, distribución, saneamiento y regeneración) que forman un ciclo integral en el que las nuevas tecnologías y la digitalización se han convertido en las grandes aliadas abriendo un abanico de posibilidades tangibles para responder a los retos actuales. En este sentido, existe en la actualidad una tendencia creciente en cuanto al uso de modelos matemáticos vinculados a los procesos de gestión del ciclo urbano del agua fundamentalmente con fines predictivos, pero también son útiles a la hora de diseñar la red y dimensionar infraestructuras, así como para ampliar el conocimiento que se tiene de las aguas y de sus parámetros de contaminación.

Ecuaciones y depósitos modelados para mejorar la captación, el tratamiento y el almacenamiento del agua

Dentro de su apuesta por la máxima innovación tecnológica en los sistemas de información, comunicaciones y telecontrol, Canal de Isabel II utiliza los modelos matemáticos como un “gemelo digital” de cada infraestructura o proceso, es decir, una copia virtual del proceso que permite ensayar y modificar las infraestructuras y analizar cómo cambian sus condiciones de una manera intensiva, precisa y rigurosa. De esta forma, las matemáticas ayudan a la compañía a tomar mejores decisiones y a adaptar su estrategia a los diferentes escenarios de futuro.

Una vez tratada, el agua va desde las ETAP hasta los grifos de los usuarios gracias a una serie de instalaciones que aseguran el abastecimiento de forma continuada y con la presión y calidad requeridas, entre las que se encuentran los más de 320 depósitos de agua potable con los que cuenta la empresa pública, donde el agua de consumo se almacena justo antes de ser conducida a las acometidas de los usuarios.

Canal de Isabel II utiliza los modelos matemáticos como un “gemelo digital” de cada infraestructura o proceso

En este punto de la gestión del ciclo integral, Canal de Isabel II busca mejorar la calidad del agua reduciendo los tiempos de estancia a través de la homogeneización del flujo en su interior. Y, es que, el tiempo que permanece el agua dentro del depósito es un parámetro crítico para asegurar su calidad: “Los depósitos son infraestructuras muy importantes, ya que el agua pasa cierto tiempo dentro de las mismas, y lo que tenemos que intentar es que esté lo más cómoda posible para que sus características y su calidad no se degraden”, comenta Ángel González del Pozo, jefe de Área de Conservación del Sistema de Colmenar.

Para ello, la empresa ha llevado a cabo un estudio sobre el comportamiento del agua en el interior de sus depósitos más importantes a partir de modelos matemáticos, con el que ha conseguido uniformizar el flujo de agua, así como disminuir su tiempo de retención en el interior de los depósitos. Gracias a él, además, se podrán establecer estándares de parámetros constructivos para mejorar el diseño de depósitos futuros y por lo tanto mejorar la calidad del agua potable que albergan. “Los modelos matemáticos nos permiten hacer modificaciones interiores en los depósitos actuales o proyectar modificaciones en los depósitos futuros, de manera que el tiempo de estancia del agua dentro del depósito sea uniforme y, por ende, la calidad también lo sea”, explica Antonio Lastra de la Rubia, coordinador de Innovación de red.

Al margen de las infraestructuras y procesos de abastecimiento, las matemáticas también juegan un importante papel en el drenaje urbano y la depuración del agua. En el primer aspecto, bajo el contexto actual del cambio climático en el que las precipitaciones son cada vez más irregulares y más intensas, apremia conocer el comportamiento a tiempo real de infraestructuras como los  tanques de tormenta, que almacenan las primeras aguas de lluvia y regulan su paso hacia las depuradoras.

La empresa pública madrileña también estudia las inundaciones urbanas a través de modelos matemáticos

En este sentido, los modelos matemáticos que Canal de Isabel II aplica a los 65 tanques de tormenta que componen su red ―entre los que se encuentran los dos mayores del mundo: Arroyofresno y Butarque―, sirven para predecir, respecto a cada lluvia medida en tiempo real, cómo se van a comportar los aliviaderos, de manera que pueden gestionar las infraestructuras con el fin de minimizar el impacto sobre el medio.

En relación a este fenómeno, la empresa pública madrileña también estudia las inundaciones urbanas a través de modelos matemáticos que permiten analizar diferentes lluvias para ver cuáles son las zonas que se inundarían y comprobar las velocidades y callados producidos. Gracias a su aplicación, pueden proyectar nuevas infraestructuras o modificar la gestión de las actuales para minimizar el impacto de una posible inundación o, en su caso, eliminar el riesgo completamente.

En cuanto a la depuración, que se produce tras la recogida y transporte de las aguas residuales por los sistemas de alcantarillado, Canal de Isabel II cuenta con un equipo de especialistas centrados en mejorar los procesos químicos, físicos y biológicos que también se apoyan en los modelos matemáticos. En este caso, estos sirven para variar las condiciones de depuración y sus infraestructuras en un escenario virtual, donde estudiar cuáles serían las variaciones de comportamiento sin poner en peligro el propio proceso de saneamiento de las aguas residuales, de manera que la empresa pueda cerrar el ciclo de la gestión del agua con la devolución de la misma a los cauces naturales bajo los estándares de calidad marcados tanto por la Unión Europea como por la legislación nacional, autonómica y local, o para su posterior reutilización.

Las matemáticas, presentes en toda la gestión integral del agua

La gestión del ciclo integral del agua se enfrenta en la actualidad a grandes retos. Estos pasan, sobre todo, por el reparto equitativo y justo del recurso, y por hacerlo en unas condiciones eficientes y sostenibles, bajo un contexto de cambio climático que provoca que la disponibilidad de agua dulce sea cada vez menor y más desigual.

Es por ello que se hace necesario el establecimiento de políticas enfocadas, a todos los niveles, a una mejor gestión del agua. Es aquí donde las nuevas tecnologías puedan guiar al sector en su camino hacia la excelencia. En él, los modelos matemáticos permiten reproducir los procesos que se llevan a cabo en la gestión del ciclo integral del agua, de manera que permiten optimizarlos y mejorarlos sin comprometer el alto estándar de servicio.

Como demuestra la experiencia de Canal de Isabel II, las matemáticas ayudan a la compañía a tomar mejores decisiones y a adaptar su estrategia a los diferentes escenarios de futuro, lo que, en definitiva, demuestra que esta ciencia formal se ha convertido en un gran aliado para lograr una mejor gestión del ciclo integral del agua.