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El aumento de la población de las ciudades, el alto consumo de recursos, el envejecimiento de la infraestructura, el cambio climático, los complejos sistemas de distribución de agua: estos son solo algunos problemas que obligan a los que están en la gestión de la ciudad a repensar sus esfuerzos de sostenibilidad y eficiencia. Detrás de cada uno de ellos se encuentra la cuestión de la gestión del agua limpia y cómo se puede empoderar a las empresas de servicios públicos de agua para que tomen decisiones informadas frente a los problemas combinados. La respuesta es la siguiente: las empresas de servicios públicos de agua deben mejorar la gestión de los sistemas de distribución de agua mediante la adopción de herramientas avanzadas que combinen la recopilación de datos de sensores en tiempo real, análisis avanzados y capacidades basadas en modelos para simular escenarios hipotéticos. Y, al cumplir con todas estas funciones, ahí es exactamente donde los gemelos digitales para servicios de agua encajan en la imagen.
¿Qué es un gemelo digital?
En 2003, el Dr. Michael Grieves introdujo los gemelos digitales como representaciones digitales de productos físicos para ayudar a optimizar el ciclo de vida de un producto, en particular su proceso de diseño y fabricación, y el mantenimiento posterior durante su vida útil. Según Grieves, cualquier modelo de gemelo digital debe contener tres partes principales:
- Activos físicos.
- Un modelo virtual de los activos físicos.
- Las conexiones de datos e información que unen los espacios virtuales y reales.
Desde entonces, muchos otros investigadores han ampliado la definición, los fundamentos y las tecnologías clave involucradas en la construcción de un gemelo digital, que incluyen:
- Modelado: Los modelos físicos y virtuales deben describir las principales características del sistema.
- Conexión: Los sistemas físicos y virtuales deben estar constantemente conectados. Este concepto incluye la transmisión de datos, la conversión, el almacenamiento, la protección, etc.
- Análisis avanzado de datos: Para obtener información de un conjunto de datos, debe ser preprocesada (limpiada y filtrada) y minada tanto por análisis de datos como por algoritmos de Inteligencia Artificial (IA).
- Interacción y servicio: Para optimizar o adaptar los procesos del sistema de acuerdo con los cambios externos, el Gemelo Digital debe ser capaz de sugerir configuraciones operativas óptimas una vez que hayan sido validadas por simulaciones.
Gemelo digital: un modelo virtual del activo físico
Gemelos digitales para servicios públicos de agua: ¿cómo pueden resolver los desafíos que enfrenta la industria?
En el contexto de la gestión de la ciudad, especialmente en lo que respecta al sistema de suministro de agua potable, los modelos hidráulicos se han vuelto más pertinentes con el tiempo y son comúnmente utilizados por las empresas de agua para tomar decisiones más precisas. Los gemelos digitales ayudan a las empresas de servicios públicos de agua no solo a comprender mejor el rendimiento pasado y actual de sus sistemas de agua, sino también a predecir y optimizar el rendimiento futuro. También pueden simular cualquier cambio potencial y su impacto en el mundo virtual antes de que ocurran en el mundo físico. Este nivel de virtualización limita el riesgo para las operaciones del mundo real, ayuda a las empresas de servicios públicos a tomar decisiones rápidas basadas en datos y les ayuda a responder de la mejor manera a las crisis y otros escenarios hipotéticos. Dada la magnitud del desafío, es decir, el crecimiento exponencial de la población, la escasez de recursos y el envejecimiento de la infraestructura, los sistemas tradicionales de distribución de agua se han vuelto cada vez más complejos y difíciles de administrar. Por lo tanto, los Gemelos Digitales se están utilizando con más frecuencia dentro de los Sistemas de Distribución de Agua para mejorar temas como:
- Gestión de activos
- Localización de fugas
- Optimización de las operaciones del sistema
- Rendimiento energético
- Calidad del agua
- Planificación de las operaciones de mantenimiento
- Respuesta temprana a emergencias
En resumen, se predice que el modelo Digital Twin pronto será un sistema de apoyo esencial para casi todos los tipos de toma de decisiones dentro de la industria. Discutimos el viaje de Digital Twins for Water Utilities con expertos de la industria en nuestro podcast de video, Qtalks. El foco del episodio fue su evolución y las formas en que esto podría acelerarse.
¿Cómo se ven los gemelos digitales en acción?
Configurar un gemelo digital puede ser un proceso largo con altos costos. A continuación se presentan algunos ejemplos de cómo los Gemelos Digitales ya se están aplicando dentro de la operación y gestión de sistemas reales de distribución de agua.
La extensión EPANET-RTX
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) y la Universidad de Cincinnati crearon la extensión EPANET-RTX, un marco de modelado hidráulico en tiempo real basado en el motor EPANET. La aplicación, que conecta un modelo hidráulico con datos de campo en tiempo real, se creó para ayudar a comprender el comportamiento hidráulico y de calidad del agua de los sistemas de distribución de agua, y para explorar el potencial de los modelos hidráulicos en la representación de sistemas reales. Sus capacidades se probaron con éxito en el campo para un estudio de caso del Distrito de Agua del Norte de Kentucky.
WaterBox: Un banco de pruebas a pequeña escala
WaterBox, un banco de pruebas a pequeña escala, permitió la simulación de monitoreo avanzado y múltiples escenarios de fallas y anomalías, como roturas de tuberías o problemas de comunicación, dentro de un entorno a prueba de fallas. Este enfoque permitió la ejecución en tiempo real de algoritmos de control (alimentados a partir de datos de sensores) y estaba dirigido a la optimización de la energía, el control automático y la comunicación basada en eventos.
Qatium: Un gemelo digital rentable
Qatium proporciona una solución rentable de gemelo digital para servicios de agua que maximiza el uso de las soluciones tecnológicas y las fuentes de datos existentes. La solución incluye el uso de registradores de datos propiedad de la Ciudad que proporcionan una transmisión en vivo de datos a través de un panel de control basado en la web existente y un enlace al historiador SCADA. Se puede generar un modelo hidráulico basado solo en datos SIG abiertos y los enlaces entre el sistema de monitoreo de hidrantes y el modelo se han habilitado a través de una capa API. Qatium también permite a los usuarios importar sus redes con la ayuda de un asistente impulsado por IA que los guía a través del proceso, proporcionando información y sugerencias para posibles mejoras a medida que el modelo se construye automáticamente.
Si estás interesado en poner en práctica un Gemelo Digital, prueba Qatium. Es gratis crear una cuenta y comenzar a resolver los desafíos descritos anteriormente.
Los gemelos digitales permiten la toma de decisiones basada en datos
Los gemelos digitales representan un nuevo método para mejorar la gestión de los sistemas de distribución de agua al permitir que las empresas de servicios públicos de agua simulen y predigan escenarios, analicen el rendimiento y el estado de los activos y prueben escenarios virtualmente para abordarlos de manera efectiva en el mundo real. En el futuro, los gemelos digitales serán cruciales para la toma de decisiones y formarán una parte integral de la industria del agua al mejorar las operaciones del sistema de agua, reducir los gastos operativos, reducir su impacto ambiental y garantizar la seguridad hídrica.
