Cómo la digitalización ayuda a las plantas desalinizadoras a aumentar la eficiencia

La prestación de servicios esenciales de agua potable plantea importantes retos. El rápido crecimiento de la población y la urbanización hacen que aumente la demanda de agua limpia, al igual que el endurecimiento de las normativas y la preocupación medioambiental por los sistemas de tratamiento del agua.

Garantizar el cumplimiento de las normas de salud pública y calidad del agua y, al mismo tiempo, llevar a cabo operaciones eficientes y sostenibles es una necesidad para los operadores de agua. De hecho, según el estudio Análisis y evaluación de las relaciones entre el agua y la energía en España, de la Fundación Botín, el sector del agua representa ya el 7% del consumo energético industrial y solo entre el 0,5 y el 1% del agua dulce de la Tierra es de libre acceso, por lo que la conservación de este recurso escaso y vital es fundamental.

Los operadores de plantas desaladoras se ven presionados por los reguladores y los consumidores para que limiten el precio del agua potable que suministran a las empresas y al público en general. Además, el suministro de agua debe ser constante.

Las averías de las plantas no son bien toleradas, sobre todo en las zonas áridas del planeta, y se enfrentan a fuertes multas cada vez que se produce un tiempo de inactividad no programado.

Con el tiempo, las plantas desaladoras han ido mejorando su eficiencia operativa. Por ejemplo, la demanda de energía eléctrica de las plantas de ósmosis inversa de agua de mar en los años setenta era de unos 8 kilovatios-hora por metro cúbico. En la actualidad, las plantas de ósmosis inversa más modernas utilizan entre 2,5 y 3,5 kilovatios-hora por metro cúbico, según la Asociación Española de Desalación y Reúso de Agua.

Desde el punto de vista del coste de producción, las tarifas de desalinización han llegado a menos de 0,50 dólares por metro cúbico. Sin embargo, muchos siguen considerando que estos costes son demasiado elevados, y las plantas desalinizadoras se ven presionadas a aumentar la eficiencia energética y reducir aún más los costes de producción.

La digitalización como clave para acelerar la eficiencia y sostenibilidad

La transformación digital de las plantas de suministro y tratamiento de agua puede mejorar la eficacia operativa del sector en pro de la sostenibilidad

Afortunadamente, están surgiendo innovaciones tecnológicas que pueden ayudar a las plantas desaladoras a mejorar su eficiencia, reducir el consumo de energía y disminuir los costes operativos.

La transformación digital de las plantas de suministro y tratamiento de agua puede mejorar la eficacia operativa del sector en pro de la sostenibilidad. La tecnología digital conecta y mejora la gestión de todo el ciclo de vida de los sistemas de tratamiento de agua, lo que se traduce en una mayor eficiencia operativa, una mayor sostenibilidad y un mejor rendimiento del proceso del agua.

Mantenimiento predictivo, más allá de la prevención

Enfoques novedosos como los gemelos digitales, la inteligencia artificial (IA) y el diagnóstico remoto pueden aplicarse a áreas de operación que, tradicionalmente, tienen un alto consumo de energía. Los procesos previos y posteriores a la ósmosis inversa que implican tratamiento químico y gestión de membranas son dos de estas áreas.

Existen cuatro claves en que estas nuevas tecnologías digitales están ayudando a los operadores de plantas desalinizadoras a aumentar la eficiencia. En primer lugar, en un entorno tradicional, las membranas se sustituían secuencialmente en función de intervalos de tiempo preestablecidos, sin saber si cada una de ellas estaba rindiendo como se esperaba. En este caso, las membranas —cuyo coste es considerable— se sustituyen a menudo demasiado pronto o demasiado tarde, lo que genera ineficiencias y costes elevados. Las nuevas herramientas de software de mantenimiento predictivo pueden ayudar a diagnosticar el comportamiento de las membranas y detectar signos de posibles fallos antes de que se produzcan paradas no programadas. Esto puede hacer que el proceso de sustitución y limpieza de membranas sea mucho más eficiente, optimizando el tiempo de mantenimiento y alargando los ciclos de vida de las membranas.

Análisis de datos para optimizar el uso de producto químico

El segundo beneficio clave es la optimización del uso de productos químicos, ya que el uso de estos productos para tratar el agua antes y después de la fase de ósmosis inversa puede representar hasta el 10% de los gastos operativos de la planta. Las nuevas herramientas de IA y aprendizaje automático utilizan datos históricos para optimizar la dosificación de productos químicos durante los procesos de limpieza in situ (CIP). El análisis de los datos de comportamiento del sistema permite al software de aprendizaje automático anticipar condiciones variables y ajustar automáticamente el uso de productos químicos. De este modo, se minimiza el desperdicio de productos químicos y se mejora la calidad y la seguridad del agua.

Integración de tecnologías

La última versión de EcoStruxure Automation Expert ayuda a las plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales a encaminarse hacia la eficiencia

En tercer lugar, los ciclos de ingeniería se ven acelerados, ya que las nuevas plataformas abiertas centradas en el software facilitan la integración de la tecnología de la información (IT) y la tecnología operativa (OT) y proporcionan nuevas eficiencias en los procesos de diseño de ingeniería. Las arquitecturas de automatización pueden personalizarse ahora con mayor flexibilidad gracias a la fácil integración de herramientas de ingeniería de terceros. Esto proporciona a los ingenieros de planta una continuidad digital que puede aplicar la estandarización, ahorrar tiempo, evitar errores y reducir la necesidad de grandes inversiones iniciales.

Tomemos el ejemplo de varios equipos de ingenieros que trabajan juntos en todo el mundo. Pueden utilizar herramientas de simulación basadas en la nube a las que se puede acceder a través de una plataforma de grupo, compartir una base de datos común y acceder a cualquiera de los datos de simulación compartidos por los miembros del equipo en cualquier momento. Este enfoque permite una mayor colaboración entre los equipos y agiliza la gestión de los datos de ingeniería del proyecto.

Gemelos digitales para simular escenarios y reducir riesgos

Por último, pero definitivamente no menos importante, la reducción del riesgo de paradas operativas y mejora de la formación es el cuarto beneficio de adoptar la digitalización en las desalinizadoras. La capacidad de modelar plantas de desalinización virtualmente utilizando gemelos digitales genera valor a lo largo de todo el ciclo de vida de la planta. El mismo modelo utilizado para el diseño inicial puede reutilizarse para crear escenarios para diferentes casos de diseño de procesos. Por ejemplo, antes de las pruebas de aceptación de la planta, se puede ejecutar un modelo simulado contra el sistema real para la validación preliminar, lo que ahorra tiempo y recursos. Además, estos modelos pueden alimentar los sistemas de simulación de formación de operadores (OTS), lo que permite al personal formarse con condiciones de planta reales en entornos virtuales, evitando riesgos operativos.

Automatización universal centrada en software para mejorar las operaciones de tratamiento de aguas

La última versión de EcoStruxure Automation Expert, la 21.2, de Schneider Electric, ayuda a las plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales a superar los obstáculos y así, encaminarse hacia la eficiencia. La combinación de la gestión completa del ciclo de vida, la integración sin fisuras de IT y OT, y la mejora de los diagnósticos del sistema de automatización puede preparar una operación para el futuro. Cuando se combina con la cartera de software de AVEVA, estas capacidades mejoradas se pueden ampliar aún más según las necesidades.

EcoStruxure Automation Expert elimina la dependencia entre la aplicación de software y la plataforma de hardware en la que se ejecuta. Desacoplar el software del hardware ayuda a los usuarios a modificar o actualizar los sistemas de forma rápida y sencilla. EcoStruxure Automation Expert es una solución de automatización universal, por lo que es portable a casi cualquier hardware e interoperable con casi cualquier solución de automatización industrial.

Las plantas suelen tener una vida útil media superior a los treinta años, con lo que las soluciones de automatización universales liberan a las empresas de aguas de las limitaciones de un hardware cerrado, propietario y heredado. Basado en el estándar IEC 61499 de interoperabilidad, EcoStruxure Automation Expert se adapta fácilmente para resolver problemas específicos del cliente, utilizando soluciones de automatización existentes, nuevas o una combinación de ambas.

Un ecosistema de socios es fundamental

Pocas organizaciones pueden acometer en solitario la tarea de descarbonizar y digitalizar las operaciones de las plantas desaladoras. El éxito requiere un ecosistema de socios tecnológicos y una estrecha colaboración con los operarios de planta. Aquellos con un profundo conocimiento de los procesos deben trabajar mano a mano con los tecnólogos para lograr el éxito final. En función de las necesidades del proceso, se prueban soluciones utilizando tecnologías de IA para modelar el nuevo proceso, predecir su comportamiento y optimizarlo. Luego, estos modelos se evalúan comparativamente y se ponen en marcha pilotos para validar la prueba de concepto.