La estimación del estado actual de un sistema de distribución de agua basada en modelos digitales y mediciones observadas y la estimación del estado del sistema en el futuro o en condiciones diferentes se ha realizado en el pasado con diferentes nombres (con diferentes niveles de aproximación). En los últimos dos años ha evolucionado hacia el nombre de Gemelos Digitales (lo que probablemente sea un nombre mejor, tomado de la aplicación previa de conceptos similares en otras industrias). No importa el nombre que se adopte, el problema sigue siendo el mismo: ¿cómo puede la empresa de servicios públicos saber cuál es el estado actual de la red de agua y cómo se "comportará" si se cambian algunas condiciones? Y lo que no es menos importante: ¿por qué necesitan saberlo y cómo ayuda a mejorar el proceso de creación de valor de la empresa? El tema es muy amplio para tratarlo en un solo post y será más asequible concentrarse en lo que podría considerarse uno de los núcleos de cualquier gemelo digital para redes de agua: el modelo hidráulico, concretamente para el caso del análisis de la calidad del agua. Existen programas comerciales con muy buenas interfaces gráficas para la modelización de redes de agua, pero sus cálculos reproducen básicamente (o utilizan directamente) las ideas de EPANET desarrolladas hace más de 20 años. No sería erróneo decir que EPANET es la base de software más utilizada para el análisis de la calidad del agua y por eso lo tomaremos como punto de referencia para explicar las cuestiones relativas a la reproducción de la evaluación de la calidad del agua en un gemelo digital. Se utilizará un sencillo ejemplo práctico de cálculo de la edad del agua y para simplificar el problema no se tendrá en cuenta la mezcla completa/incompleta en los nodos y se supondrá que el modelo de estimación de demandas, presión y caudales está perfectamente calibrado con los datos de campo. Para simplificar, vamos a utilizar los modelos de red A y B de la siguiente figura. El modelo B sólo difiere del modelo A en la adición del nodo 5 en la tubería R1-Nodo 1. Obsérvese que el nodo 5 no tiene demanda, sólo está dividiendo la tubería R1-Nodo 1 del modelo A en dos tuberías con longitudes diferentes.  Figura 1: modelos A y B Teóricamente ambos modelos deberían ser totalmente equivalentes y la existencia del nodo 5 en el modelo B no debería influir en la edad del agua calculada en los nodos 1, 2, 3 y 4 en comparación con el modelo A cuando ambos modelos se ejecutan en las mismas condiciones. Sin embargo, si ambos modelos se ejecutan directamente en EPANET los resultados obtenidos al final de la simulación serán sorprendentemente diferentes. Comparación de la edad del agua obtenida en el nodo 1 para los modelos A y B Comparación de la edad del agua obtenida en el nodo 1 para los modelos A y B Resultado de la edad del agua para los nodos 1 y 2 al final de la simulación del modelo A Resultado de la edad del agua para los nodos 1 y 2 al final de la simulación del modelo A Figura 2: Resultados de los modelos A y B ¿Por qué ocurre esto? ¿Son realmente equivalentes los modelos? ¿Hay algún problema en el algoritmo de EPANET? Los modelos son realmente equivalentes y se incluyen como parte de los ejemplos que vienen con la instalación de Water-Ing (un software para la modelización de redes de agua). El algoritmo de EPANET no es específicamente el problema, pero habría sido estupendo recibir alguna advertencia de EPANET informando de que el paso de tiempo de cálculo debe reducirse para cumplir la condición de estabilidad del método de cálculo utilizado, ya que de lo contrario los resultados pueden no ser "totalmente correctos". ¿Por qué no se ha incluido esta advertencia? Es una muy buena pregunta, pero para este ejemplo la realidad es que al reducir el paso de tiempo utilizado para el cálculo del modelo B se resuelve el problema y los resultados son idénticos a los obtenidos en el modelo A, como era de esperar. Las siguientes preguntas son: ¿cómo nos damos cuenta de si hay que reducir el paso de tiempo? Y en caso de que deba reducirse, ¿cuánto debemos reducirlo? Por lo que sabemos en EPANET no hay una manera directa, un enfoque podría ser ejecutar un cálculo, reducir el paso de tiempo, ejecutar el cálculo de nuevo y comparar con el cálculo anterior. Si los resultados son los mismos para todos los nodos, entonces el paso de tiempo no debería reducirse. De lo contrario, siga reduciéndolo hasta alcanzar un valor en el que los resultados del cálculo no cambien significativamente para los nodos. Y sí, será difícil de conseguir en EPANET con una red que tenga varios cientos de nodos. El software Water-Ing, desarrollado por Ingeniousware estima internamente el paso de tiempo requerido para ser utilizado en los cálculos de calidad del agua e informa al usuario sobre ello siempre que el paso de tiempo definido en el modelo no garantice las condiciones de estabilidad de los cálculos. El software está totalmente escrito en c# y, aunque sigue algunos de los principios utilizados en EPANET, añade varias mejoras en lo que respecta a la mezcla incompleta, las multiespecies y el tratamiento del paso de tiempo a utilizar. Existe una edición comunitaria gratuita que puede utilizarse sin coste alguno y una edición profesional asequible a 99,00 eur/año para apoyar el desarrollo continuado de la aplicación, proporcionando también acceso al código fuente del plugin entre otros recursos. Las siguientes figuras representan los resultados obtenidos en Water-Ing para el modelo A y B. Como era de esperar, en ambos casos los resultados son los mismos porque los modelos son totalmente equivalentes. Modelo A ejecutado en Water-Ing Modelo B ejecutado en Water-Ing ¿Es diferente la situación si se utiliza otro paquete profesional de modelado de agua con un coste más elevado? Si se utiliza Infoworks o Watergems los resultados no serán probablemente diferentes. Hemos podido reproducir el mismo comportamiento encontrado en EPANET tanto en Infoworks como en Watergems. Watergems mostraba algunas opciones adicionales para la estimación de la calidad del agua, pero los resultados obtenidos al utilizar esas opciones eran aún más confusos para nosotros. Si estás interesado en probar esto por ti mismo puedes descargar los archivos .inp de EPANET para los modelos A y B de aquí. Un documento técnico más detallado que describe el problema y lo que se hizo en Water-Ing en relación con los cálculos de la calidad del agua puede descargarse aquí. No dude en ponerse en contacto con nosotros si está interesado en un trabajo adicional o en una consultoría sobre este tema. También puede inscribirse en un Webinar sobre la creación y ejecución de modelos de calidad del agua en Water-Ing:Los servicios públicos pueden solicitar el Programa de proyectos piloto de Ingeniousware para evaluar eficazmente la creación de valor y el retorno de la inversión de los modelos digitales adaptados a sus condiciones.