La digitalización del ciclo del agua (Parte I)

En el artículo de hoy, nos basaremos en la experiencia de Francesc Suero, Director de Sistemas en Aigües de Barcelona, y en su trayectoria de más de 20 años en el sector de IT. 10 los ha pasado dirigiendo proyectos innovadores en empresas de gestión de agua. Para empezar, nos centraremos en abordar algunos conceptos elementales para entender la digitalización del ciclo del agua.

¿Qué entendemos por “agua no registrada”?

Nos embarcamos con una definición básica que ayudará a entender un concepto muy importante para las empresas que se dedican a explotar el agua. El volumen de agua no registrada (ANR) se define como la diferencia entre el volumen de agua suministrada al sistema y el volumen de agua registrada en los medidores de los clientes. El agua no registrada puede tener varios puntos de origen: fugas en cualquier punto de la red, errores de medida, operacionales o usos no autorizados, fraudes o subcontajes. Como CIO de Aigües de Barcelona, Francesc Suero usa el ejemplo de la ciudad condal donde se registra el uso de 84% de agua. A pesar de este número relativamente elevado en el contexto de la gestión de agua a la escala mundial, queda el 16% de agua que no se registra que se podría mejorar a través la implementación de nuevos algoritmos. Cabe destacar que Aigües de Barcelona ya lleva más de 150 años gestionando sistemas de agua contando con cierta digitalización y una red de sensores. Desde su centro de control de operaciones controlan todo lo que pasa en las grandes tuberías y todo lo que pasa en las plantas. Para ser más exactos, gestionan más de 4700 km de red. Este espacio les permite ver en todo momento qué está pasando y actuar con más eficiencia posible.

Contexto actual

Aunque la cifra de agua no registrada en Barcelona no sea tan elevada comparada con otras partes del mundo, Aigües de Barcelona tiene un gran reto por delante: reducir este porcentaje. Por una parte, las dos cuencas que abarcan la ciudad de Barcelona - que son la cuenca de Ter y Llobregat - tienen prácticamente un caudal de un riachuelo comparado con el de otros ríos (Danubio, Rin, Ródano, Po, etc.), que pasan por otras grandes ciudades del mundo. Por otra parte, la capacidad de guardar agua en distintos embalses que abastecen a la ciudad tiene una ratio de 1 a 1, lo cual significa que, en caso de sequía, podríamos subsistir un año entero con esta agua. En conclusión, a día de hoy, la ciudad de Barcelona no tiene recursos para aguantar durante períodos prolongados. Otro factor importante en términos de máxima eficiencia en gestión de agua son las previsiones de la UE y la ONU. Estas apuntan que España es el país con más estrés hidráulico de toda Europa. Es decir, estamos antes una emergencia: mejorar y hacer más eficiente la gestión de sistema de agua de Barcelona.

Cambio climático, la brújula de una óptima gestión

Con todo, hay que tener cuenta el efecto que puede tener cambio climático y los temporales tropicales que se puedan presentar. Hoy en día, los pantanos y embalses que abastecen Barcelona están pensados para escenarios de sequía, lo que significa que están siempre al 100% de su capacidad. Esto podría cambiar en los siguientes años con el objetivo de poder hacer frente a las lluvias intensas en poco periodo de tiempo. Por ejemplo, durante el temporal Gloria que azotó toda la costa de España y dejó en enero varios municipios de norte de Cataluña sin agua, casi hizo lo mismo en la ciudad de Barcelona, ya que el río Ter estaba a punto de colapsar por todos los residuos que llevaba. En conclusión, hay que encontrar el equilibrio entre gestionar la sequía y gestionar los desbordes de los ríos.

Circularidad del ciclo de agua

Antiguamente, en Barcelona se había hablado de dos estrategias principales para hacer frente a la sequía. Una era la desalinización y la otra el trasvase entre ríos de mayor caudal. Sin embargo, ninguna de estas dos estrategias es viable y sostenible a largo plazo. Primera, porque el proceso de desalinización requiere muchos recursos y no puede emplearse de manera continuada. Segundo, porque, con las actuales perspectivas de futuro, estos ríos de mayor caudal, en un futuro no estarán igual. No contar con un plan B viable, obliga a la ciudad de Barcelona trabajar en tres líneas principales: reducir el consumo, reciclar y reutilizar. Ahora mismo Aigües de Barcelona está trabajando para convertir su estación depuradora de aguas residuales (EDAR) de El Prat de Llobregat en una ecofactoría. Esta planta de ecofactoría se regirá por los principios de la economía circular y el 100% de sus necesidades energéticas serán cubiertas con recursos propios a base de biogás y energía solar a través de placas solares. El reto principal aquí es conseguir hacer una gestión sostenible del agua. En caso de Barcelona esto nos da unos puntos clave o directivos cómo tratar esta agua:

• Toda agua que entra en una depuradora tiene que ser tratada.
• Todo este tratamiento se tiene que realizar con energía renovable y sostenible.
• Todo el residuo que se extrae de este proceso de saneamiento tiene que ser utilizado (para crear fertilizantes o para energía que autoabastecerá la propia planta).
• Todas estas plantas deben quedar completamente integradas en el medio ambiente en cuanto al tema de los olores.
• Reutilizar el agua regenerada que ha pasado por la planta de depuración impulsándolo en el río aguas arriba por encima de las plantas potabilizadoras.

Con este último paso se consigue cerrar el círculo y no malgastar ni una sola gota.

¿Cómo reducir el consumo?

Los procesos descritos arriba se basan sobretodo en la tecnología industrial y como hemos podido ver son bastante eficientes. Sin embargo, no nos podemos quedar aquí. La reducción de consumo es otro de los puntos principales en la agenda de futuro de Aigües de Barcelona. Este es el momento en que las tecnologías de la información empiezan a cobrar más peso y jugar un papel clave. Los grandes volúmenes de datos que gestiona la empresa requieren el algoritmo de una máquina. Según Francesc Suero, en Barcelona, estos datos se trabajan en tres ejes principales:

• Se ha empezado a usar el histórico de los datos de la red que llega a la sala de control (hasta 7 años de todo lo que ha sucedido en la red) para encontrar patrones de consumo. Hasta ahora se había trabajado estos datos de día a día sin ir más allá.
• Telelectura a través 1,5 millón de telecontadores que realizarán una lectura cada hora y así durante las 24h del día, los 365 días al año con históricos de hasta 3 años.
• El último paso es cruzar los datos del histórico de la red y los datos de telelectura con datos de clientes, externos, etc.

En pocas palabras, el potencial de big data en la digitalización del ciclo de agua está en el uso y cruce de toda esta información. Como ejemplo de un patrón curioso, Francesc nos cuenta que el caso de los sábados de partido de FC Barcelona. A las 20, el consumo en la ciudad de Barcelona empieza a decrecer y se queda muy reducido hasta que a las 20:45, cuando este consumo tiene un pico de 15 minutos y luego vuelve a bajar. Si antes de monitorizar este tipo de datos dependía de operadores, hoy se puede confiar en que el algoritmo será capaz de tomar las decisiones necesarias con 7 días de antelación.

¿Dónde se usan estos datos?

Primer caso sería para modelos predictivos sobre activos de red. Esto refiere a predecir el funcionamiento de lo que pasará sobre cualquier elemento que tiene un desgaste porque está trabajando durante mucho tiempo. El principal objetivo sería detectar con antelación cuándo un elemento podría fallarnos. Pero también es importante a la hora de trabajar los planes de renovación y mantenimiento. En este caso, los datos nos ayudan a escoger los elementos por los cuales tenemos que empezar la renovación. Otro punto clave es la predicción de anomalías. En este caso se trabaja con más de 400 millones de recursos de hasta 7 años de antigüedad. Gracias a estos recursos (datos sobre edad, material, presión, temperatura, ubicación, vibración de ruido, etc.), el algoritmo era capaz de detectar con 3 semanas de antelación cuando una bomba iba a tener un problema. Telelectura es un concepto smart por definición, sin la cual no se puede hablar de ciudades verdaderamente inteligentes. Ahora mismo Barcelona cuenta con 550.000 de contadores telemedidos que agilizan la solución de reclamaciones, control de fraudes, detección de fugas etc. En todos estos casos la telelectura viene con ventajas considerables, en caso de fugas por, ejemplo, reduciendo la cantidad de agua perdida hasta 6 veces. Telelectura contribuye también hacía un modelo más transparente que permite a los ciudadanos acceder y controlar a sus datos de consumo a través de aplicación. Cada cuenca y sitio de donde se saca el agua tiene sus costes y eficiencias para generar agua potable. Como empresa, Aigües de Barcelona depende del agua que se factura. Por ello es muy importante saber qué volumen de agua tiene que proveer. Por ejemplo, en el caso actual, la crisis de coronavirus tendrá un impacto inevitable sobre los modelos de demanda tanto para empresas como para la gente en sus casas. A base de 20.000 contadores en concepto de muestra representativa se puede saber el consumo de toda la población con un error de 3%. Con esta muestra ya se sabe cómo serán los patrones de consumo. Balance hidráulico es un indicador anual que se ha acostumbrado a extraer de fotos a posteriori. Se hace la revisión del agua que ha entrado en la red y que se ha consumido. No se suelen tomar acciones en directo sobre este balance, sino que al final del año se ven los datos recopilados en modo de foto general. Para mejorar esto se trabaja en segmentar la red. En Barcelona hay zonas 90% cubiertas con telelectura donde se puede saber exactamente cuánta agua entra y sale en una franja horaria determinada en un momento del día. Este detalle nos facilita hacer zoom espacial y temporal en puntos concretos de la red que permite optimizar y ganar más eficiencia encima de estos 84% mencionados arriba. Cuando hablamos de irregularidades, debemos tener en cuenta que no son sinónimos con fraude. Un contador puede tener un problema por varias razones, entre ellos: mal contaje, una fuga o escape, un bulto o fraude. El algoritmo que lo detecta además del histórico de hasta 7 años toma en cuenta condiciones meteorológicas y cómo consumen otros hogares similares. De esta manera, Aigües de Barcelona trabaja con una bolsa de posibles irregularidades donde se estima que detectan unas 55% de todas las irregularidades de la red. En todos estos casos hay que ir a inspeccionar en persona y en cuatro de cada cinco son un acierto. Aquí acaba nuestro resumen de ejemplos de uso de datos para la digitalización agua y transformación de una empresa que se dedica a la gestión del ciclo de agua como Aigües de Barcelona. Para saber más acerca de la gestión de aguas, consulta nuestro Máster Internacional Smart City Manager.