Saša Tomić
Cada día, las empresas de suministro de agua se enfrentan a la tarea de tomar decisiones que garanticen el mantenimiento de unos servicios de alta calidad minimizando al mismo tiempo los costes y las interrupciones. El cambio climático, el envejecimiento de las infraestructuras y el crecimiento demográfico a gran escala intensifican la presión para tomar las decisiones correctas.
La toma de decisiones inteligentes es esencial tanto para las grandes como para las pequeñas empresas de servicios públicos, así como para los consumidores. Pero la recopilación de datos por sí sola no basta; debe alimentar herramientas de apoyo a la toma de decisiones como la simulación en tiempo real y el análisis predictivo. Estas herramientas permiten a las empresas entender el comportamiento actual de sus sistemas y anticipar respuestas en distintas condiciones.
Para una gestión eficaz del agua en el contexto de nuestro panorama actual, creo que conectar SCADA con gemelos digitales o modelos hidráulicos es una prioridad fundamental.
A continuación, comparto mis ideas al respecto:
- Por qué combinar SCADA con modelos hidráulicos
- Las principales ventajas de conectar ambos sistemas
- El valor de los modelos hidráulicos, incluso cuando no son precisos al 100%.
- Cómo pueden colaborar más eficazmente ingenieros, modeladores y operadores
Por qué combinar SCADA con modelos hidráulicos
A la hora de buscar las fuentes de datos más beneficiosas para integrar en los modelos hidráulicos o para permitir la creación de un Gemelo Digital, los datos del sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) son, con diferencia, los más importantes.
Los datos en tiempo real de SCADA ayudan a los operadores a medir lo que ocurre en el campo y dentro del sistema. Los operadores pueden analizar tendencias y patrones anteriores para prever posibles escenarios. Sin embargo, los datos SCADA por sí solos no pueden ayudar a predecir lo que ocurrirá si se realizan cambios específicos en el sistema.
Los modelos hidráulicos estándar se desarrollan principalmente para la planificación, lo que significa que su enfoque principal se centra en las condiciones de diseño, las demandas máximas diarias y las condiciones de caudal de incendio, lo que significa que estos modelos no representan las operaciones del sistema en tiempo real y no pueden dar cuenta de las incertidumbres.
Pero cuando se conectan los dos, el modelo se transforma en una imagen especular del sistema tal y como funciona en tiempo real, lo que aporta toda una serie de ventajas a los operadores de redes.
¿Cuáles son las principales ventajas de conectar los datos SCADA a tu modelo hidráulico?
Toma de decisiones estratégicas frente a respuestas reactivas
Los modelos hidráulicos pueden validarse, actualizarse y recalibrarse mediante SCADA, lo que proporciona una mayor confianza. La conexión de SCADA con modelos hidráulicos crea un modelo en tiempo real dotado de capacidades predictivas, lo que permite a los operadores simular los efectos de sus acciones sobre el sistema y comprender las consecuencias antes de ejecutarlas.
De este modo, el proceso de toma de decisiones pasa de ser reactivo a proactivo. En lugar de basarse en la experiencia pasada y en normas estándar, los operadores pueden optar por mantener el statu quo o introducir cambios para el futuro basándose en la información de un modelo en tiempo real con capacidad de predicción. Esto es aún más importante si tenemos en cuenta que los operadores con menos experiencia pueden no entender del todo cómo afectarán sus decisiones al sistema.
Optimización del rendimiento y el mantenimiento del sistema
Las ventajas van más allá de las decisiones inmediatas: con este modelo integrado, los operadores también pueden empezar a optimizar sus sistemas. Al no saber cómo reaccionará el sistema a los cambios, los operadores suelen pecar de precavidos. Sin embargo, con las capacidades predictivas que ofrece un gemelo digital, los operadores pueden explorar los límites del sistema con mucha más confianza.
Por ejemplo, al evaluar un escenario en el que el nivel de un depósito disminuye mientras los costes energéticos siguen siendo altos, podrían evaluar acciones como retrasar la activación de la bomba hasta que los costes energéticos disminuyan en un intento de conservar el consumo de energía sin comprometer el rendimiento.
Lo mismo ocurre con el mantenimiento del sistema. Pensemos en un sistema de alcantarillado que requiere una limpieza periódica. Tradicionalmente, las tuberías se limpian de forma preventiva para evitar atascos, lo que a veces puede dar lugar a un exceso de limpieza. Sin embargo, si se conecta un modelo a los datos SCADA que controlan los niveles del alcantarillado y predicen la acumulación de sedimentos, la limpieza puede programarse con mayor precisión. Este enfoque «justo a tiempo» optimiza los recursos, retrasando la limpieza en algunas zonas y abordando los puntos críticos con mayor frecuencia para evitar posibles problemas.
Respuestas de emergencia mejoradas
Las respuestas de emergencia y la planificación también se benefician de esta integración. Las situaciones de emergencia suelen llevar a los sistemas a estados desconocidos, lo que dificulta la toma de decisiones precisas. Una vez más, dado que el modelo contempla varios escenarios en los que los operadores pueden simular diferentes reacciones para mitigar el impacto de una situación, los operadores pueden practicar una preparación proactiva.
Por ejemplo, cuando un operador no está seguro de los posibles resultados de una avería crítica en una tubería, puede simular la avería en el modelo para identificar estrategias de respuesta eficaces, como aumentar el almacenamiento de agua en un depósito.
Mayor capacidad para predecir fugas y roturas de tuberías
Por último, la integración de modelos hidráulicos y SCADA puede ayudar a predecir mejor las fugas y roturas. Mientras que las roturas se manifiestan como caídas repentinas de la presión, las fugas suelen ser más sutiles, provocando desviaciones graduales de la presión a lo largo del tiempo. Estos pequeños cambios de presión pueden pasar desapercibidos cuando los operarios examinan los datos día a día. Sin embargo, un modelo vinculado a SCADA puede detectar anomalías y predecir fugas comparando presiones y caudales observados y modelados.
¿Puedes obtener valor de tu modelo hidráulico, aunque no sea preciso al 100%?
Aunque un modelo hidráulico no sea perfecto, puede seguir aportando un valor sustancial. Como dijo el Dr. George Box: «Todos los modelos son erróneos, pero algunos son útiles». Aquí reside el valor de vincular los modelos con SCADA. La comparación continua entre las predicciones del modelo y los datos SCADA en tiempo real fomenta una comprensión profunda de las incertidumbres y suposiciones del modelo. Es una relación simbiótica en la que SCADA no sólo afina la precisión del modelo, sino que también aumenta nuestra conciencia de sus limitaciones.
También podemos llegar a comprender lo suficiente la incertidumbre como para tomar decisiones con un modelo imperfecto. Además, podemos vincular los modelos a la IA o realizar simulaciones de Montecarlo, lo que implica reconocer nuestro conocimiento limitado de todas las entradas y, en su lugar, experimentar con varios escenarios de entrada para observar una amplia gama de posibles resultados.
Por ejemplo, cuando examinamos las condiciones iniciales y de contorno, el modelo se adapta a los datos SCADA, teniendo en cuenta el estado de las bombas y las reglas incluso cuando los operarios realizan cambios. Esta adaptación en tiempo real garantiza que el modelo refleje el comportamiento actual del sistema, incluidos los cambios de bombas iniciados por el operador. SCADA también permite introducir con precisión los niveles de los depósitos para establecer un punto de partida exacto de la simulación.
En segundo lugar, consideremos la validación del modelo, que consiste en comparar los resultados del modelo con las condiciones reales del sistema. Cuando comparamos las predicciones del modelo con los datos reales del SCADA, obtenemos una imagen clara de hasta qué punto el modelo se ajusta al comportamiento del sistema. Si surgen disparidades y las predicciones del modelo empiezan a desviarse, esta divergencia podría indicar la necesidad de afinar el modelo o, lo que es aún más interesante, de reevaluar la comprensión del propio sistema.
La recalibración del modelo, que se produce cuando el modelo y el sistema real divergen significativamente, también puede mejorarse. En ocasiones, el propio modelo puede encontrar dificultades para seguir el ritmo. Por ejemplo, los cambios en la demanda -una variable dinámica en el modelo- podrían escapar a las entradas, provocando discrepancias. Pero, al vincular el modelo con SCADA, podemos incorporar al modelo datos de demanda en tiempo real, garantizando que el modelo permanece sincronizado con el comportamiento del sistema.
Sin embargo, la divergencia no siempre puede ser culpa del modelo. A veces, el propio sistema evoluciona de forma inesperada. Por ejemplo, anomalías del mundo real, como una válvula cerrada que no debería estarlo o una bomba cuyo rendimiento disminuye gradualmente, pueden sesgar las supuestas disparidades entre el modelo y la realidad. Al utilizar datos SCADA para comparar las predicciones del modelo con el rendimiento real del sistema, no sólo podemos perfeccionar el modelo, sino también comprender mejor el comportamiento del sistema y mejorar nuestra comprensión.
Cómo ingenieros, modeladores y operadores se benefician de la integración de modelos con SCADA y trabajan juntos de forma más eficaz
Ingenieros, modeladores y operadores disfrutan de las ventajas de la integración entre modelos hidráulicos y SCADA, y todos contribuyen a garantizar un enfoque colaborativo para una gestión satisfactoria de los servicios públicos.
Ingenieros
Los ingenieros proporcionan los datos de entrada cruciales, la información sobre los activos y los tamaños de las tuberías que son vitales para construir modelos hidráulicos. A cambio, cosechan los frutos de una mayor utilización de los datos, lo que también significa que pueden justificar la inversión en sistemas GIS que se utilizan dentro del Gemelo Digital. Equipados con este Gemelo Digital, los ingenieros adquieren una mayor capacidad para identificar problemas dentro del sistema.
Pero quizás el impacto más convincente para los ingenieros se produce en el ámbito de la justificación de proyectos. Cuando los ingenieros proponen nuevos proyectos, como la construcción de un oleoducto, la presencia de un gemelo en tiempo real facilita la obtención de la aprobación del proyecto. Armados con un Gemelo Digital que puede ayudar a demostrar cómo el proyecto propuesto mantiene la resistencia en el sistema y asegura la continuidad del suministro, los ingenieros están mucho mejor situados para asegurar la luz verde a los proyectos.
Modeladores
Los modeladores son los expertos que proporcionan el modelo en sí. Dado que el modelo es parte integrante del ecosistema Digital Twin, los modeladores se ven recompensados con un modelo que no sólo se crea, sino que también se utiliza. Esto también fomenta nuevas inversiones en el perfeccionamiento y la mejora del modelo.
A cambio, los modeladores se benefician de actualizaciones y recalibraciones automáticas, que garantizan que el modelo siga evolucionando para reflejar el sistema con una precisión cada vez mayor. Sin embargo, también ayudan a detectar discrepancias que revelan problemas de funcionamiento del sistema o incoherencias en los datos, lo que a su vez impulsa los ajustes y mejoras necesarios. En última instancia, los modelizadores no sólo proporcionan el modelo, sino que también impulsan un proceso de mejora continua y comprensión de la dinámica del mundo real.
Operadores
Los operadores desempeñan un papel crucial a la hora de proporcionar un valioso sistema SCADA que sirva de base para los datos en tiempo real. Como resultado, experimentan un aumento significativo en la utilización de datos SCADA.
Sin embargo, su impacto va más allá. Los operadores desbloquean todo el potencial de las herramientas analíticas predictivas, impulsadas por los datos SCADA, que ofrecen perspectivas proactivas sobre el comportamiento del sistema que capacitan a los operadores para tomar decisiones informadas y mejorar el rendimiento del sistema.
En última instancia, esta interacción dinámica entre ingenieros, modeladores, operadores y Digital Twins da forma a un futuro en el que los conocimientos basados en datos y los esfuerzos de colaboración garantizan el funcionamiento eficiente y resistente de las empresas de suministro de agua.
Expertos en Qatium
Saša Tomič, Digital Water Lead en Burns & McDonnell, es asesor de Qatium. Qatium se crea en conjunto con expertos y líderes de opinión del sector del agua. Creamos contenidos para ayudar a empresas de servicios públicos de todos los tamaños a afrontar los retos actuales y futuros. Saša es uno de los muchos expertos que colaboran con Qatium.
