Las redes de saneamiento en tensión: cómo limitar los desbordamientos mediante inteligencia artificial

Las redes de saneamiento urbano se enfrentan ahora a una doble presión. Por un lado, los episodios meteorológicos intensos (lluvias intensas, inundaciones repentinas) se multiplican bajo el efecto del cambio climático. Por otro lado, las infraestructuras existentes suelen estar envejecidas, ser de tamaño insuficiente y consumir mucha energía, lo que hace que su funcionamiento sea caro y difícil de adaptar.

Esta combinación de factores debilita la resiliencia de los sistemas de saneamiento: desbordamientos de aguas residuales, contaminación de los entornos naturales, incumplimiento, aumento de los costos operativos... Las consecuencias son graves, tanto en términos de salud como financieros.

¿Cómo mejorar la eficiencia de las redes de saneamiento en este contexto de inestabilidad?

Detector: la gestión dinámica de las redes de aguas residuales proporciona una respuesta eficaz, capaz de optimizar las operaciones de bombeo y reducir el riesgo de desbordamiento.

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Redes de saneamiento: un frágil equilibrio entre capacidad, flujo y rendimiento

Las redes de saneamiento tienen que hacer frente a volúmenes cada vez más fluctuantes de aguas residuales. Las precipitaciones intensas saturan rápidamente las capacidades de almacenamiento y tratamiento, lo que pone en peligro el equilibrio de la red:

• Infraestructuras envejecidas : muchas redes se han diseñado para contextos climáticos y demográficos que ya no son actuales. Este envejecimiento también conduce a un consumo excesivo de energía.
• Redes de tamaño insuficiente : el crecimiento urbano y los cambios climáticos limitan las capacidades de almacenamiento.
• Cumplimiento normativo : se están reforzando las normas para las descargas en el medio natural, obligando a los operadores a reducir su impacto ambiental.

Estas redes representan un importante consumo de energía para las comunidades. El bombeo de aguas residuales sin tratar puede representar hasta el 18% del consumo total de energía de los sistemas de recolección y tratamiento de aguas residuales, según el análisis comparativo de Soares et al. (2017) publicado en Revista Internacional de Arquitectura, Artes y Aplicaciones.

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Al mismo tiempo, una administración no optimizada los ciclos de bombeo conducen a un consumo excesivo y a altos costos de operación. Reducir este consumo de energía y, al mismo tiempo, mantener una administración eficiente de la red es un desafío estratégico para los operadores.

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Hoy en día, la gestión de las infraestructuras de saneamiento se basa principalmente en un enfoque reactivo:

• Los operadores suelen intervenir a posteriori, cuando se produce un incidente (desbordamiento, sobrecarga de las plantas de tratamiento).
• La falta de herramientas de apoyo a la toma de decisiones en tiempo real hace que sea imposible anticipar las variaciones de carga y optimizar las operaciones de bombeo.
• Debido a que es difícil administrar una red en su conjunto, los análisis y las acciones se realizan con mayor frecuencia posición por posición, sin una comprensión global de la red.

La transición a una administración proactiva y dinámica es la solución para mejorar la resiliencia de las redes y garantizar su correcto funcionamiento, sin pasar por un costoso plan de inversión para renovar el hardware.

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Gestión dinámica de las redes de aguas residuales para hacer frente a los desafíos energéticos y climáticos

El uso de un enfoque basado en datos, combinado con el control predictivo de las estaciones de bombeo, permite: reducir el consumo de energía y, al mismo tiempo, reducir los desbordamientos durante los eventos lluviosos.

Concretamente, las operaciones de la red de saneamiento se adaptan dinámicamente a los fenómenos meteorológicos y a las variaciones en los precios de la energía. Para lograr estos resultados, la solución de Purecontrol para la gestión dinámica de las redes de aguas residuales activa tres palancas de optimización principales:

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1/ Anticipe los períodos de lluvia para reducir los desbordamientos en el entorno natural

Tradicionalmente, los ciclos de bombeo en una estación de bombeo se regulan sobre la base de umbrales de marea predeterminados. Por el contrario, Purecontrol utiliza una regulación dinámica: los niveles de activación del bombeo varían según la capacidad de almacenamiento y las condiciones climáticas.

Para reducir los desbordamientos, el nivel del agua en las estaciones de bombeo y las cuencas de amortiguación se ajusta de acuerdo con los volúmenes esperados en la cuenca de recolección. Estos volúmenes se predicen mediante modelos de aprendizaje matemático basados en los hábitos de los usuarios, los niveles de agua subterránea y el historial de lluvias.

Cuando se acerca un evento de lluvia importante, la red se vacía por completo. Cuando llueve, la configuración de bombeo de cada estación se adapta según la situación para retrasar o cancelar los desbordamientos.

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Los algoritmos de IA permiten ir más allá del monitoreo estación por estación: toda la red de saneamiento se puede analizar y administrar de manera integral. Por ejemplo, si una estación de aguas abajo que ya está saturada corre el riesgo de desbordarse, el control tiene en cuenta la situación y detiene el bombeo en la estación de aguas arriba para que ésta pueda hacerse cargo del almacenamiento. Esta estrategia permite reducir el riesgo de desbordamientos entre un 30 y un 70%.

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2/ Optimizar los ciclos de bombeo para reducir el consumo de energía y mejorar el rendimiento de la red

Fuera de los períodos de mal tiempo, la administración se centra en el rendimiento energético para reducir los costos en kWh y euros. La solución busca el punto de funcionamiento óptimo para cada bomba a fin de mejorar su energía concreta* Las diferencias de rendimiento entre las bombas también se resaltan automáticamente, sin un submedidor eléctrico, y de este modo se priorizan las mejores bombas.

Los ciclos de bombeo también se ajustan para maximizar el consumo durante los períodos de precios más ventajosos (horas de menor consumo eléctrico).

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Priorizar la bomba o las combinaciones de bombas más eficientes, aprovechar las estructuras en los puntos de operación óptimos y adaptar los ciclos de bombeo a las fluctuaciones de los precios de la energía permite un ahorro promedio del 10% en los costos operativos.

* La energía de bombeo específica corresponde a la energía requerida para bombear 1 m3 de agua, expresada en kWh/m3

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3/ Mejor supervisión para aprovechar mejor las redes de saneamiento

Otro factor clave del rendimiento se basa en la mejora de la supervisión para una mejor capacidad de respuesta sobre el terreno. Para facilitar el trabajo diario de los operadores, Purecontrol les proporciona una plataforma web de hipervisión completa e intuitiva: mapeo interactivo, indicadores de rendimiento, paneles personalizables... a nivel de red, cuencas colectoras o incluso estación por estación.

Esta hipervisión permite identificar las desviaciones en el rendimiento de los equipos. Por ejemplo, el consumo excesivo de energía se puede detectar más rápidamente gracias a las herramientas de predicción de la solución. El objetivo es Detecta señales que pueden indicar un mal funcionamiento inminente. Esto permite orientar las intervenciones, evitar averías críticas y prolongar la vida útil de los equipos.

Los equipos técnicos ahorran un tiempo considerable enIdentificación de prioridades, reducen los viajes innecesarios y facilitan su diagnóstico. En resumen: una mejor explotación de los datos para una mejor explotación de las redes.

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Hacia una gestión proactiva, sobria y resiliente de las redes de saneamiento

La observación es compartida por todo el sector: las redes de saneamiento se ponen a prueba cada vez más. Sin embargo, muchas decisiones se siguen tomando «a ciegas» o con urgencia, por falta de herramientas adecuadas para anticipar, gestionar y priorizar.

Con la contribución del tiempo real, el cruce de datos (clima, energía, rendimiento del equipo) y la gestión inteligente, finalmente es posible recuperar el control. No añadiendo un nivel de complejidad, sino haciendo que los sistemas sean más legibles, más predecibles y, por lo tanto, más fáciles de gestionar.

Este cambio en la operación ya está mostrando resultados concretos para los operadores que han adoptado la solución: menos desbordamientos, menos desperdicio de energía, menos alertas innecesarias... y, sobre todo, más serenidad en la gestión diaria.

¿Está buscando una solución que le ayude a operar una red de recolección de aguas residuales con tranquilidad? Consulte esta hoja informativa que detalla nuestro enfoque de la gestión dinámica de las redes de saneamiento: Descargar la ficha del producto

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