HADES – Un gemelo digital para la optimización de las EDAR

La industria 4.0 en la optimización de las EDARs

El sector del tratamiento de aguas residuales requiere un consumo significativo de energía y reactivos químicos para el funcionamiento de las diferentes EDAR. Además, tanto la eficacia como la eficiencia de sus procesos están sujetas a variaciones externas tales como condiciones meteorológicas (por ejemplo, lluvias o tormentas), y a cambios repentinos o estacionales de los caudales y carga de las aguas residuales que llegan a las EDAR. Por otra parte, ciertos eventos biológicos, difíciles de predecir y revertir, también pueden tener un impacto negativo sobre la operación. Por lo tanto, la optimización de la operación de las EDAR es fundamental para lograr sus objetivos ambientales al mismo tiempo que se reducen los costes operativos y se mantiene la estabilidad del proceso. Más aún cuando se tiene presente el contexto actual respecto a los costes de la energía, la disponibilidad y precio de los reactivos químicos empleados, y las cada vez más exigentes regulaciones de calidad de vertido para las EDAR.  

Los beneficios potenciales de los avances tecnológicos ligados a la revolución Industrial 4.0 han supuesto un marco favorable para la digitalización de procesos y la implantación de soluciones tecnológicas con enfoques proactivos. Entre estas tecnologías se encuentran los Gemelos Digitales (GD), cuya popularidad se ha disparado en los últimos años. Los GD tienen una amplia gama de posibles aplicaciones y son una potente herramienta para cambiar las actuales estrategias operativas de las instalaciones de tratamiento pero también los procesos de diseño de todo tipo. Además, su capacidad para optimizar el consumo de energía y recursos,  asegurar la protección ambiental (mediante procesos más eficaces y eficientes), y obtener potenciales beneficios sociales derivados de una mejor gestión los hacen especialmente relevantes [1].

¿Qué es un gemelo digital?

Existe una falta de consenso respecto a la definición de Gemelo Digital. En su definición más amplia, un GD es una representación virtual de un entorno físico. No obstante, de acuerdo con Elena Torfs y colaboradores [2], para que una representación virtual de una planta o instalación, en cualquier lenguaje ya sea BIM, Python, etc., pueda considerarse un GD deben darse las siguientes condiciones:

1)  Debe existir una contraparte física o entidad real a la que se conecta el GD que puede denominarse Gemelo Físico, GF. En el caso de una EDAR, la propia instalación sería el GF. Su SCADA comunicaría constantemente con el GD.

2) Debe existir un flujo de información entre ambos gemelos, pero mientras que el flujo del GF al GD debe ser un flujo automatizado, el otro puede ser realizado mediante intervención humana.

3) Ambos gemelos deben evolucionar de forma sincronizada (los cambios en el GF implican una actualización del GD).