Gemelos digitales en los sistemas de distribución de agua: De las simulaciones a la...

El término “gemelo digital” se ha convertido ya en un trending-topic para la industria del agua. No obstante, no existe una definición globalmente aceptada de a qué llamar gemelo digital de un sistema de distribución de agua. Esta entrada de blog es una pequeña contribución a contextualizar la idea.

Un gemelo digital es una representación virtualizada, en un entorno digital, del comportamiento de un proceso o sistema físico. El gemelo digital reproduce el comportamiento del sistema o proceso bajo diferentes condiciones de funcionamiento y niveles de abstracción. Cuando el sistema físico comunica sus condiciones de funcionamiento al gemelo digital a través de sensores, entonces es de esperar que el modelo digital reproduzca exactamente el mismo comportamiento del sistema real con algún grado de abstracción.

Las simulaciones del sistema de distribución de agua ya se hacen desde hace mucho tiempo. Me gusta un post escrito por Keshvinder Singh donde explica muy bien el uso de modelos de redes de agua en tiempo real y su conexión con los datos. Sin embargo, ¿podemos considerar como gemelo digital un modelo que ejecuta simulaciones en EPANET o cualquier otro simulador existente? ¿Es la conexión de las simulaciones en ejecución con los datos de los sensores lo que lo convierte en un gemelo digital? ¿Hemos fallado en la creación de modelos y ahora pretendemos resolver el problema creando un gemelo digital? ¿Es el gemelo digital un upgrade de los modelos que ya teníamos? ¿Qué es lo que hace exactamente a un gemelo digital ser un gemelo digital?

En mi opinión un gemelo digital se expande más allá de las fronteras de los simuladores para entrar en lo que en otras industrias se conocen como emuladores [un simulador hace una mímica del comportamiento de un sistema, un emulador duplica la cosa “exactamente” como es en la vida real]. Esta idea debe ser contextualizada particularmente para el caso de los sistemas de distribución de agua. Los modelos de las redes reales siempre se han simplificado de una manera o de otra [varias demandas concentradas en un mismo nodo, estimaciones no precisas de las demandas y patrones individuales de consumo, no consideración de la elasticidad de las tuberías y la compresibilidad del agua] y es especialmente difícil crear algo que se ajuste perfectamente a lo que significa un emulador. Emular un sistema de distribución de agua implicaría emular la diversidad de componentes que lo forman [bombas, motores, válvulas, tuberías, etc.] y esto pondría sobre la mesa la pregunta de considerar la componente estocástica del consumo de agua como parte del propio sistema o como condición de trabajo. Incluso en la variante de llegar a hacer esto técnicamente posible, esto sería económicamente inviable para las compañías de agua hoy. Nosotros defendemos la idea de una mejora continua de los modelos de sistemas de distribución de agua conectados a datos para hacerlos progresivamente más cercanos a la realidad. Tanto empresas como investigadores deben también ser conscientes del límite económico existente para ellos que dependerá tanto de las condiciones de la empresa encargada de la gestión del sistema como del precio del agua. A partir de cierto punto, no tiene sentido para una red de agua, técnicamente hablando, crear un gemelo digital a un coste superior que los beneficios que se obtendrán de él. Estas son las razones por las cuales particularmente prefiero entender los gemelos digitales para sistemas de distribución de agua como una mejora progresiva de los modelos conectados a data dentro del alcance de las condiciones de cada compañía y el precio del agua. Esto es un viaje, no un destino. Es un viaje, no un destino.

Tras conocer a Agnethe Peterson en una sesión de zoom sobre el gemelo digital organizada por el Foro SWAN, me envía su ponencia "Vivir y crear prototipos de gemelos digitales para sistemas urbanos de agua: Hacia la creación de valor multipropósito usando modelos y sensores". El artículo era fantástico y muy ambicioso. Los autores dividían los gemelos digitales para el WDS en dos tipos: vivos y de prototipo. La versión viva se refería a un DT acoplado con observaciones de campo y la versión de prototipo se refería a un escenario del sistema sin acoplamiento directo con observaciones en tiempo real. En el enfoque que hemos desarrollado, no hacemos distinciones de los gemelos digitales. Una vez que un gemelo digital está en uso, acoplarlo o no a datos reales está más relacionado con la aplicación que con el propio gemelo digital. Sin embargo, trabajar en un gemelo digital para un sistema de distribución de agua implicará necesariamente, en algún momento, un acoplamiento con datos reales para calibrar el modelo, sin importar si a nivel de aplicación se utilizará posteriormente acoplado con datos reales o para analizar escenarios hipotéticos desacoplados para la planificación o el diseño. A nivel de aplicación defendemos la idea de ejecutar algo similar al concepto de virtualización, donde instancias virtualizadas del gemelo digital pueden asumir diferentes aplicaciones específicas referidas a un único sistema físico. Las aplicaciones pueden ir no sólo en la dirección de las representaciones en tiempo real o de la creación de prototipos, sino también en la dirección de los escenarios "look-ahead" y de los escenarios "what-if" acoplados a los datos en línea para evaluar las consecuencias de las alternativas de funcionamiento en tiempo real.

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