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Hacia el Agua 4.0 con gemelos digitales

Para muchas personas, el agua limpia es algo que simplemente se da por sentado. Los consumidores disfrutan de un suministro confiable de agua dulce, y el agua residual se trata de forma segura, gracias a estrategias inteligentes y en red como las de la Universidad Técnica (TU) de Berlín. Allí, se están estudiando conceptos innovadores en un entorno realista utilizando un gemelo digital de una estación de bombeo.

La urbanización y el cambio climático están ejerciendo presión sobre los recursos naturales en todo el mundo. Tomemos a Berlín, por ejemplo: desde 2000, la ciudad ganó casi 300 mil residentes y hoy tiene a una población de 3.6 millones, un crecimiento del 10 por ciento en solo 20 años. Para 2030, se podrían agregar otras 200 mil personas a ese número. En comparación con las megaciudades en auge de Asia, este crecimiento podría ser modesto, sin embargo, los recursos hídricos de la ciudad ya están sintiendo la tensión.

Abastecimiento de agua: frente a los desafíos mundiales.

Además, el calentamiento global está aumentando los largos períodos secos y cálidos, mientras que los pronósticos predicen un número creciente de épocas de fuertes lluvias. “Los períodos secos provocan emisiones de olor de la red de aguas residuales y corrosión. Las fuertes lluvias pueden inundar el sistema de alcantarillado, y esto puede conducir a derrames de aguas residuales contaminadas en el medio ambiente”, explicó el profesor Paul Uwe Thamsen, jefe del Departamento de Dinámica de Sistemas de Fluidos dentro del Instituto de Dinámica de Fluidos y Acústica Técnica de la Universidad Técnica de Berlín.

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Uso óptimo de la infraestructura por medio de la digitalización.

«Nuestra investigación se centra en mejorar la operación de la planta y el sistema en la industria del agua en Alemania; Berlín en particular, ayudando a los sistemas existentes a operar de manera más flexible y eficiente», explica Thamsen. La digitalización proporciona herramientas importantes para los sistemas de red, por ejemplo y para apoyar enfoques novedosos para el análisis de datos en operación y mantenimiento. Thamsen y su equipo ahora están estudiando algunos de estos enfoques utilizando una planta de demostración de una estación de bombeo que actualmente se complementa con un gemelo digital de planta.

Hacer de la digitalización una experiencia práctica.

Siemens es un socio importante que apoya la planta de demostración con soluciones innovadoras. “Esto es especialmente cierto cuando quieres demostrar los beneficios de la digitalización en aplicaciones específicas. El conocimiento de campos como la investigación, la ingeniería de la planta, la automatización y la experiencia de los operadores de la planta brinda una nuevas ideas sobre cómo convertir la digitalización en una experiencia práctica «, afirmó Markus Lade, Gerente General de Siemens AG Alemania, Jefe Global de Agua/Aguas residuales verticales.

Automatización y automatización consistente.

En la actualidad, Siemens está implementando una solución integral de digitalización y automatización que incluye inventario y digitalización de activos, instrumentación de procesos, suministro de energía, comunicación industrial y seguridad, gestión de motores y bombas, el sistema de control de procesos y sistemas de ingeniería y simulación de plantas.

El punto final será un entorno digital único para toda la información de la estación de bombeo, desde el diseño hasta los datos de operación y mantenimiento, incluidos los sistemas parcialmente autónomos para la detección y eliminación de fallas. El intercambio de datos bidireccional entre la ingeniería de procesos con Comos y el sistema de control de procesos Simatic PCS 7, garantiza que la información esté actualizada durante toda la fase operativa.

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Todos los datos de la planta en un gemelo digital.

Al comienzo del proyecto, todos los componentes físicos de la planta se capturaron con el software ContextCapture de Bentley mediante fotogrametría y se compilaron en un modelo 3D. Este modelo se cargó en PlantSight, donde se integró con otros datos para crear un gemelo digital de la planta de demostración.

«Este es un paso crucial», comentó Thamsen. «Nos permite demostrar que la digitalización se puede utilizar con éxito en plantas viejas y no solo en algunos proyectos en desarrollo incipiente». Actualmente, los datos del modelo están vinculados con el sistema de control de procesos Simatic PCS 7 para crear un gemelo digital completo que comprende todos los datos de ingeniería y operación de la planta en todo su ciclo de vida.

Las aplicaciones muestran beneficios tangibles.

La integración de herramientas inteligentes en la planta de demostración permitió a Thamsen implementar los primeros conceptos innovadores. Por ejemplo, los perfiles de potencia y voltaje se pueden analizar con el sistema de gestión de motores Simocode, localmente y en la nube. Además, el potencial de optimización también puede derivarse de los datos de la planta utilizando el modelo en PlantSight y algoritmos basados ​​en la nube. Esto puede ayudar a los operadores de planta a detectar y eliminar proactivamente fallas típicas en estaciones de bombeo.

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Una aplicación apunta a la obstrucción de la bomba por residuos de fibra que se entrelazan en remolinos de aguas residuales y se acumulan en la rueda de la bomba. En el peor de los casos, la bomba está bloqueada. «Con el gemelo digital, podemos detectar la obstrucción según los parámetros de operación y limpiar la bomba a través de la operación inversa», dijo Thamsen.

Desarrollo rápido en la industria.

Debido a que la planta de demostración utiliza componentes de la industria que también se emplean en muchas plantas de aguas residuales industriales, se pueden implementar nuevas soluciones más rápidamente en la industria. “Podemos usar nuestra planta para demostrar cómo integrar soluciones en un entorno industrial y mostrar resultados en vivo en el demostrador. Esto ayuda a reducir el tiempo de comercialización de innovaciones «, explicó Thamsen y agregó:

“Lo que tenemos aquí no es solo una planta de demostración, sino una planta industrial a pequeña escala con un sistema de control de procesos, sistemas de accionamiento, sensores y actuadores. Con nuestro gemelo digital, podemos proporcionar una demostración práctica de cómo se ve la digitalización y hacer que este tema complejo sea accesible, incluso para los operadores de las plantas y el personal de mantenimiento. ¡Esto es lo que hace que este proyecto sea un verdadero hito para el Agua 4.0!”

Con información de Siemens.

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