Crisis del agua: cómo la tecnología inteligente puede evitar el desastre

 

El agua escasea en lugares de todo el planeta. Amplias extensiones de Sudáfrica, Brasil, India o Australia (17 países en total, que representan un cuarto de la población mundial) afrontan un estrés hídrico “extremadamente preocupante”. Poblaciones en continuo crecimiento, la urbanización de nuevos suelos y el cambio climático han llevado rápidamente la crisis del agua hasta los primeros puestos del ranking de riesgos globales desde 2012, de acuerdo con un informe del Foro Económico Mundial.

Cada día es más evidente que los sistemas de planificación y mantenimiento de las infraestructuras hídricas deben renovarse. En muchos casos se está optando por la “gestión digital del agua”, una transformación que va incorporando tecnología inteligente, como aplicaciones de megadatos o la gestión avanzada de redes de distribución.

Con sede en Kansas (EE. UU.), Black & Veatch es uno de los pesos pesados en estrategias digitales de gestión de agua. Fundada en 1915, esta empresa de ingeniería y consultora del proceso de construcción está especializada en el desarrollo de infraestructuras de agua y otros mercados. Asesoran a sus clientes en todo lo referente al sector del agua: captación, almacenamiento y tratamiento de agua de consumo y residual, planificación y gestión de cuencas hídricas, aprovechamiento energético de los tratamientos y mejora de la sostenibilidad.

Black & Veatch integra en una única “reproducción de la realidad” todos los datos obtenidos mediante sensores distribuidos en los diversos sistemas de las plantas de tratamiento, a la que incorpora aplicaciones de análisis e inteligencia artificial para mejorar su funcionamiento, asegurar la máxima sostenibilidad y controlar el gasto.

El director de ingeniería de la sección de aguas de la empresa, Michael Etheridge, explica que la gestión digital del agua les permite ver la infraestructura en su conjunto, no como componentes aislados: “A medida que se van integrando los datos, el personal de la planta dispone de una información más fiable de cómo dependen unos de otros. Este procedimiento les ayuda a ver la interdependencia y la relación causa-efecto entre distintos aspectos que a menudo escapan al ojo humano, de modo que podemos optimizar los procesos. También utilizamos estos datos para hacer simulaciones integradas que muestren las consecuencias de distintas alternativas antes de llevarlas a la práctica”.

Optimizar la eficiencia de la planta

Black & Veatch está construyendo una nueva planta de recuperación de recursos hídricos junto a la ciudad californiana de Morro Bay para sustituir la antigua planta de tratamiento de aguas residuales. Las nuevas instalaciones pondrán fin al vertido de aguas tratadas directamente al océano y crearán un nuevo recurso hídrico local y sostenible. Con capacidad para satisfacer hasta 80 % de las necesidades de Morro Bay, la planta contará con procesos avanzados de tratamiento que permiten que el agua resultante pueda devolverse a las corrientes subálveas cumpliendo con las más estrictas garantías normativas.

En la mayoría de plantas, el tratamiento de las aguas residuales comienza con el vertido del caudal de fecales y pluviales en unos tanques de pretratamiento donde se filtra para eliminar las piedras y otras sustancias inorgánicas. Mediante productos químicos y la acción de la gravedad se precipitan los sólidos en suspensión, que son bombeados para procesarse por separado. El agua restante se conduce a una planta de tratamiento biológico que elimina el nitrógeno y el fósforo mediante bacterias y un proceso de aireación. A continuación puede someterse el agua a sistemas de filtración o sedimentación adicionales para eliminar restos de sólidos en suspensión.

Renderizado de la nueva planta en Morro Bay, California. Gentileza de Black & Veatch.

Dependiendo de las exigencias normativas, el agua suele ser clorada o desinfectada mediante luz ultravioleta. Después puede verterse a un cauce natural o emplearse para usos no potables, como irrigación de campos de golf. En Morro Bay el proceso se completa con un filtrado adicional y un tratamiento que permite, o bien devolverla a su ciclo natural por inyección en corrientes subálveas para potabilizarla más adelante si es necesario, o bien bombearla directamente a una potabilizadora para que alcance los niveles exigidos para el consumo.

Las plantas de tratamiento llevan mucho tiempo monitorizando todos estos procesos y reduciendo la recopilación manual de datos. Barómetros, caudalímetros y otros dispositivos (como los empleados para medir la concentración de cloro o el pH residual en el agua, por ejemplo) aportan automáticamente los datos a los sistemas de control de la planta para encender o apagar las bombas, lavar los filtros a contracorriente o ajustar el aporte de productos químicos. La gestión inteligente del agua va más allá e integra estos datos con información sobre el funcionamiento de la planta y otros algoritmos de optimización para llevar a cabo funciones más avanzadas que redundan en la calidad y el ahorro.

Etheridge comenta que gracias a una tecnología de aprendizaje automático basada en la nube, denominada ASSET360 (desarrollada por Atonix Digital, empresa filial de Black & Veatch), los operarios podrán identificar cualquier anomalía con más rapidez: “También percibirán relaciones menos obvias que ayudarán a optimizar su funcionamiento. Por ejemplo, ya saben que la temperatura del agua residual influye en su tratamiento, pero el aprendizaje automático puede informarles que cuando esta temperatura baja de los 50 grados puede aumentarse tal producto químico para reducir la frecuencia a la que se deben limpiar los filtros, lo que conlleva un ahorro en mano de obra y otros costos”.

Axonometría de las nuevas instalaciones. Gentileza de Black & Veatch.

Una mejor integración y transmisión de datos

Como diseñadores de la nueva planta de Morro Bay, Black & Veatch están ayudando a mejorar su funcionamiento y la efectividad del mantenimiento y reducir sus costos. A diferencia de la mayoría de los proyectos de construcción, donde la información no fluye entre diseñadores, constructores y propietarios, en Black & Veatch se trabaja en estrecha relación con todos los intervinientes para, según Etheridge, “compartir los datos y reutilizarlos en cada fase a lo largo de toda la cadena de valor del proyecto, desde el planeamiento hasta el diseño y la estimación de costos, la contratación, la construcción y el cumplimiento de los requisitos de seguridad y calidad”. Black & Veatch ha redactado el proyecto utilizando herramientas de Autodesk como Revit, Dynamo y Forge, lo que ha facilitado la transmisión de datos entre el modelo de BIM y otras aplicaciones.

Etheridge afirma que la buena integración entre BIM 360 y Forge ha permitido que el equipo saque más partido a los datos y pueda compartirlos con los agentes externos: “Digamos que prescribimos una bomba. Antes, tendríamos que aportar la información necesaria para que el contratista pudiera adquirirla. Este tendría que preguntar al proveedor cómo instalarla y hacerla funcionar. El propietario pediría entonces información sobre el mantenimiento preventivo o predictivo y cargaría manualmente esos datos en un programa informático para llevar un seguimiento de las labores necesarias y gestionar las correspondientes órdenes de trabajo. Ahora extraemos directamente todos los datos del vendedor en el momento de diseño y se los facilitamos al contratista y al propietario. Al final entregamos un modelo BIM donde se detalla tanto la representación física de las instalaciones como toda la información necesaria para su mantenimiento, así que ya no es preciso llenar a mano los datos”.

Gracias a ASSET360, Black & Veatch también puede combinar los datos de diseño con los sistemas de control de la planta y los sensores del Internet de las Cosas (IoT) para complementar el mantenimiento preventivo con el análisis predictivo. Para Etheridge es una gran ventaja: “El manual puede indicar que aún no es necesario cambiar una bomba, pero la vibración o su temperatura podría aconsejar revisarla antes de lo previsto para evitar un fallo muy costoso. Los datos nos ayudan a optimizar los recursos de funcionamiento y mantenimiento, ya que reducen el tiempo que invierten los operarios en tareas rutinarias o prolongan la vida útil de algunos equipos mediante un mantenimiento basado en datos reales”.

Seguridad, sostenibilidad y ahorro

Conforme las plantas de tratamiento de agua se digitalizan, crece la preocupación por la ciberseguridad. A menos que los sistemas cuenten con la protección adecuada, los piratas informáticos podrían causar estragos si, por ejemplo, tomaran control de las instalaciones y modificaran parámetros que influyeran en la calidad y seguridad del agua. Etheridge propone que las plantas incorporen la ciberseguridad en su programa de necesidades cuando vayan a construir o actualizar sus instalaciones, que segreguen los datos relativos a procesos en una red privada, formen al personal en amenazas y buenas prácticas y lleven a cabo auditorías de seguridad periódicas.

Pero las potenciales amenazas a la seguridad no van a conseguir detener esta creciente digitalización del agua. Black & Veatch prevé que el número de aplicaciones relacionadas con la gestión digital del agua seguirá aumentando en toda la cadena de valor. Las plantas pueden contribuir a la sostenibilidad transformando los residuos en energía. Es factible tratar los sedimentos de las aguas residuales para descomponerlos y producir metano. Este gas puede alimentar generadores que produzcan electricidad, que a su vez puede verterse a la red eléctrica o utilizarse en la propia planta. Una vez más, Etheridge confía en los datos para optimizar la producción energética y descubrir la mejor manera de aprovechar esa energía.

Etheridge va más allá. Los ayuntamientos también podrían cruzar la información extraída del IoT con los datos poblacionales para decidir qué proyectos son prioritarios o para comunicar la disponibilidad o calidad del agua a los consumidores en tiempo real: “Una mayor integración de los datos nos ayuda a comprender qué está pasando, mejora el funcionamiento de la planta y nos aporta resultados cuantificados. Así, cuando proponemos un cambio podemos ver el ahorro y la relación costo/beneficio real que hemos conseguido”.

Fuente: https://redshift.autodesk.es/tecnologia-inteligente-agua/