¿Cómo compararía los gemelos digitales de los sistemas de agua sueco y canadiense?
Jean-Luc Daviau: Los gemelos digitales tienen que ver con el apoyo a las empresas de servicios públicos y a sus operadores. El gemelo digital logrado en Linköping, Suecia, brinda apoyo de decisiones detallado en tiempo real a ingenieros y operadores a medida que abordan los desafíos del suministro de agua del mundo real. Es inspirador saber que se hizo y que ahora está en uso. Para los sistemas de la región de Toronto y York en Canadá, aspiramos a predecir el desgaste acumulativo a largo plazo utilizando los gemelos digitales de los sistemas. Tanto las operaciones diarias como la gestión de emergencias tienen un papel que desempeñar en la gestión del agua.
Thomas Johansson: Los gemelos digitales para los sistemas sueco y canadiense utilizan diferentes sensores y algoritmos de solución. El modelo de Linköping puede autogenerarse y resuelve caudales y presiones cada 10 minutos para predecir cambios graduales en la red de agua; los datos en los modelos de la región de Toronto y York cambian mensualmente o anualmente, pero el gemelo digital “más rápido” puede predecir cambios en la red de graduales a casi instantáneos. Por ejemplo, las simulaciones de cierre de válvulas respaldan la respuesta de emergencia más frecuente de un operador, que consiste en aislar un área con una rotura. En este momento, en el modelo de Linkoping, podemos medir cómo responden las presiones y los niveles de almacenamiento a los cierres de válvulas, pero sin las ondas de presión transitorias.
Entonces, ¿cómo puede un gemelo digital “más rápido” cambiar la forma en que las empresas de agua llevan a cabo sus operaciones?
Jean-Luc Daviau: Si bien muchos escenarios de emergencia, como fallas de energía, se pueden predecir con anticipación, no ocurre lo mismo con la mejor manera de responder a una rotura de tubería o un incendio que puede ocurrir en cualquier lugar.
Las redes son un tejido heterogéneo de tuberías que tienen "pliegues" debido a la topografía, "cortes" debido a los corredores de vías férreas o carreteras y "cadenas" que unen partes distantes a través de túneles o redes de transmisión. La perturbación de cualquier punto de esta superficie afecta a todo el sistema de formas difíciles de predecir.
Un gemelo digital permite a los operadores aislar el área cerrando las válvulas de agua, y el modelo también puede generar una lista de los clientes afectados. Esto se puede hacer hoy utilizando un marco de sistema de información geográfica [GIS] y modelos hidráulicos razonablemente detallados. Un gemelo digital “más rápido” puede hacer lo mismo al mismo tiempo que indica las velocidades seguras más rápidas o la secuencia para cerrar estas válvulas o bocas de incendio, para evitar causar desgaste u otra rotura en otro lugar. Obtener tal conocimiento requiere considerar cada tubería y los parámetros dinámicos del equipo que representan la respuesta de un sistema a eventos rápidos, los cuales están disponibles a través de un modelo hidráulico transitorio (“más rápido”).
Los gemelos digitales requieren enlaces GIS y SCADA, pero se benefician más de los sensores de IoT a gran escala y los datos basados en la nube para almacenar, procesar y servir, cientos de veces, los datos de medición de presión y flujo. Por supuesto, también se necesitan sensores de presión más rápidos para un gemelo "más rápido". Las computadoras más rápidas y los sensores de alta velocidad que tenemos hoy nos permiten usar un gemelo digital “más rápido” para abordar la simulación de eventos transitorios con un alto nivel de detalle, tal como lo hacemos con los eventos cotidianos en sistemas de agua completos.
Hay dos conceptos clave que deben transmitir a los ingenieros y operadores de sistemas mientras miran hacia el futuro: Número uno, el tiempo de respuesta de un sistema aumenta con el tamaño, haciéndolo más vulnerable a los cambios en el flujo o la presión; la misma parada de la bomba puede ser tolerable un año y problemática 10 años después. Número dos, los contratiempos transitorios pueden causar estragos en los sistemas. Imagínese la ruptura de una presa; es rápido y destructivo, pero es visible. Liberar ese tipo de energía bajo tierra presentaría inmensos desafíos en términos de respuesta, contención y resolución. Con las herramientas adecuadas, las empresas de servicios públicos y sus operadores pueden prevenir problemas importantes y gestionarlos de forma más eficaz cuando surjan.
CASO DE ESTUDIO
Red de suministro de agua de Linköping, modelado en tiempo real - Suecia
Cliente: Tekniska Verken AB
Tekniska Verken AB es la empresa municipal en el municipio de Linköping, Suecia, que sirve al área de Linköping: 1.568 km² con una población de 163.000 habitantes. Tekniska Verken se comunicó con WSP hace algunos años y pidió ayuda para actualizar un modelo hidráulico antiguo sobre la red de suministro de agua. El objetivo también era iniciar el trabajo para establecer un modelo en línea para la red, alimentado continuamente con datos del sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). La parte de WSP en el proyecto fue construir el modelo y conectarlo al sistema SCADA, ayudar a Tekniska Verken a realizar estudios de capacidad y capacitar a quienes trabajan en el sistema para que ahora ellos mismos ejecuten el sistema.
Tekniska Verken tenía una necesidad creciente de un modelo hidráulico actualizado debido al extenso crecimiento en el municipio con una gran cantidad de nuevas viviendas y áreas industriales. Una población en crecimiento requiere la capacidad de realizar estudios de capacidad precisos y optimizar todos los activos, así como el rendimiento del sistema en una red de suministro de agua envejecida. La optimización incluye la identificación de problemas, como los relacionados con la presión, las tuberías con fugas y la calidad del agua, y las áreas de bajo rendimiento.
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