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Día Mundial del Agua: Las tecnologías 4.0 innovan la gestión del agua y saneamiento en España

Tubería de aguas residuales IA
Tubería de aguas residuales
  • La UE ha impulsado proyectos de innovación en IA y el Big Data, que convirtieron a España en uno de los países con mayor retorno de inversión en estas TIC´s
  • La empresa, la academia y la gestión pública desarrollan TIC´s de agua y saneamiento para mejorar la gestión de sus aguas residuales, pero hace falta mayor integración de estos sectores para impulsar su avance aún más.
  • Las tecnologías 4.0 del sector de agua en España trabajan con sociología del alcantarillado, machine learning, técnicas de predicción de bloqueo de alcantarillados precisos, cloud computing, IoT, etc.

Si hay algo que la humanidad, en su gran mayoría, empieza a tomar consciencia en los tiempos de emergencia o de Coronavirus es que muchas cosas que dábamos por sentadas, como la salud y la vida misma son frágiles frente a eventos fortuitos, como pandemias y accidentes de la naturaleza. En el fondo lo sabemos, pero solo actuamos cuando la realidad nos avasalla con toda su fuerza.

Han pasado casi treinta años desde que se puso en valor al agua como recurso universal y finito, cuando en 1993 la Asamblea General de las Naciones Unidas instauró el “Día Mundial del Agua”. Desde entonces, aunque no se ha logrado el acceso integral a este recurso a nivel mundial, se ha incrementado su abastecimiento. Sin embargo, el cambio climático nos ha traído episodios de sequía y/o estrés hídrico que amenazan con tornarse en un escenario permanente para todos.

Según el reporte “Cambio Climático, impacto y vulnerabilidad en Europa” realizado por la Agencia Medioambiental Europea (2017), España es uno de los que mayor riesgo de sequía y disminución de la precipitación y caudal de sus ríos tiene. Las últimas ediciones de la emblemática fecha han priorizado a la depuración de las aguas residuales y su reutilización como un paso necesario para lograr una gestión sostenible de este recurso. Y tratándose de España, la Unión Europea (UE) ha planteado en su informe de política medioambiental del 2019 como indispensable garantizar el tratamiento de las aguas residuales urbanas a nivel nacional.

Considerando que el 30% de las aguas negras en España no reciben una depuración rigurosa y cerca del 3% no la reciben (UE), que de los mil litros de aguas residuales generados por cada familia española (Acciona Agua) diariamente solo 555 litros se depurarían (XV Estudio Nacional de Suministro de Agua Potable y Saneamiento en España 2018) basándonos en el número de habitantes promedio (2.5) de los hogares españoles al 2018 (datos del Instituto Nacional de Estadística) ¿de qué manera se puede conseguir la meta de depuración de las aguas negras al cien por ciento en el país? Con tecnología, y si es de Inteligencia Artificial (IA) mejor.

La revolución 4.0 y sus tecnologías llegan al sector del agua

“Vivimos en la ola de la revolución 4.0, la que se está encontrando con la cuarta revolución del agua y queremos aprovechar los recursos para cambiar el paradigma hacia la recuperación de agua, nutrientes y de información”, señala para InfoEdu, Lluis Corominas, investigador del Instituto Catalán de Investigación del Agua (ICRA), que forma parte del proyecto SCOREWater en Barcelona, enfocado en el desarrollo de tecnologías 4.0 en el sector de saneamiento.

Lluis Corominas, investigador del ICRA

En el caso específico de la Inteligencia Artificial (IA), la gestión del agua tiene un gran aliado en esta tecnología y otras más. La Comisión Europea define a la IA como una combinación de técnicas de aprendizaje automático (o Machine Learning en inglés), usadas para buscar y analizar grandes volúmenes de datos; robótica que se ocupa de la concepción, diseño, fabricación y operación de máquinas programables; y algoritmos y sistemas automatizados de toma de decisiones (ADMS) capaces de predecir el comportamiento humano y de la máquina y tomar decisiones autónomas.

Edgar Rubión Soler, investigador de Eurecat

Así, se entiende que el uso de estas TIC´s (Tecnologías de la Información y Comunicación) en el sector del agua representarían un gran avance y enormes ventajas económicas y sociales. Para Edgar Rubión Soler, investigador del proyecto de IA en sistemas de saneamiento SCOREWater, por parte del Centro Tecnológico de Cataluña Eurecat, al ser el agua un recurso limitado, las nuevas tecnologías están convirtiéndose en una herramienta importante para el sector.

Rubión Soler, ingeniero informático de profesión, agrega que la rápida adopción del Internet de las Cosas (IoT) implica fuentes de información en casi cualquier activo de las infraestructuras, lo que genera una explosión tanto a nivel de volúmenes de datos como de variedad y velocidad. Los datos capturados ofrecen un enorme potencial para aplicar técnicas IA que respalden decisiones más inteligentes mejorando la gestión del agua. Y la aplicación de estas técnicas es muy amplia, incluyendo desde sensores virtuales de calidad del agua hasta la optimización de los procesos de depuración de las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDAR).

España se ha caracterizado por estar a la vanguardia de proyectos de agua y saneamiento. Con una potente red de empresas e instituciones generando infraestructuras modernas en la gestión de los recursos hídricos, vale preguntarse cómo introduce tecnologías como la IA en el sector.

Barcelona: IA para predecir bloqueos en las redes y cuidar la salud

Suena a ciencia ficción, pero las IA son capaces de saber si te excediste con tus medicinas o predecir en qué punto exacto una tubería se va a bloquear. Y proyectos como SCOREWater son una muestra de esto. Financiado con fondos de la Unión Europea y que incluye la participación de diversas entidades privadas y públicas en las ciudades de Amersfoort (Países Bajos) y Gotemburgo (Suecia) y Barcelona (España), el proyecto se enfoca en la recolección, digitalización y presentación de datos, a fin de alcanzar un ecosistema de innovación en cuanto al mantenimiento de los sistemas de agua.

Tratándose de Barcelona, SCOREWater apunta a introducir tecnologías de sociología del agua residual y de IA, para explorar patrones de comportamiento de los ciudadanos, a través del agua residual, e introducir algoritmos de IA que prevean riesgos de obturaciones de las redes de alcantarillado, entre otros problemas que dificulten una eficiente gestión de las aguas negras.

¿Sociología del agua? ¿a qué nos referimos con eso? Usualmente, hemos asociado este término a poblaciones, pero resulta que en el sector del agua se aplica. Corominas, quien dirige la investigación sobre sociología del agua residual de parte del ICRA, la define como la ciencia que busca comprender los hábitos de los ciudadanos, extrayendo información de sus aguas servidas, por medio del monitoreo y extracción de muestras de estas, lo que ayudaría en la gestión y prevención de riesgos relacionados con las aguas servidas y medir el consumo de antibióticos de esta población.

Obreros reparando tuberías, imagen de Pixabay

En cuanto a las tecnologías de IA, Eurecat, a cargo de este ámbito en las tres ciudades en donde se desarrolla SCOREWater, está aplicando técnicas de Machine Learning para predecir bloqueos en el sistema de alcantarillado o los tramos de las tuberías con una alta probabilidad de obturaciones, asegurar la calidad de las mediciones de los sensores en las aguas residuales, predecir contaminaciones del agua por construcciones e inundaciones en áreas urbanas. Al respecto, Rubión Soler afirma que esta tecnología serviría para abordar el problema de los fatbergs (masas de grasa y residuos que bloquean las alcantarillas), “actualmente hay un problema global con el lanzamiento de toallitas húmedas y aceites al sistema de alcantarillado. Estos acaban generando estancamientos”, impactando negativamente en la gestión del agua residual, lo que genera malos olores y perturba el bienestar de la población”. 

¿Qué otros proyectos de IA hay en España?

A la par con Cataluña, otras comunidades españolas se suman a la revolución 4.0 del agua. Y es que desde el lanzamiento de programas de innovación tecnológica, como Horizonte 2020, considerado el más grande de innovación e investigación de la Unión Europea, España ha sido el cuarto receptor del financiamiento obtenido de parte de este fondo hasta el año 2018, siendo la sección de Reto Social: “Acción por el clima, medio ambiente, eficiencia de recursos y materias primas”, que concentra a los proyectos de innovación en agua y saneamiento, uno de los que más retornos ha generado, en base a información concedida por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), órgano del Estado Español que gestiona la participación española en los organismos internacionales de I+D+I, como Horizonte2020 .

Por ejemplo, la comunidad del País Vasco cuenta con la EDAR Epele en Gipuzkoa de Inteligencia Artificial en la gestión de sus recursos hídricos, que optimizará su gestión energética gracias al uso de IA, Big Data y Cloud Computing a fin de interpretar los datos que la depuradora ya recolectaba de los sistemas de captación.

En el caso de la Comunidad Valenciana, la ciudad de Alicante, se ha mostrado activa en el uso de la IA dentro de la gestión pública del agua. Aguas Municipalizadas de Alicante ha anunciado su participación en el proyecto NAIADES que se abocará a la detección de infiltraciones al alcantarillado, la mejora del tratamiento de aguas negras y reutilización, y la predicción de demanda, integrando datos de consumo, meteorológicos y de redes sociales, entre otros.

En el caso de la comunidad de Aragón, figura la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) La Almunia de Doña Godina (Zaragoza). El proyecto ha incorporado TIC´s de IA, de Internet de las Cosas (IoT por sus siglas en inglés), y Tecnologías de Campo para optimizar la operación y mantenimiento de la depuradora, permitiendo un incremento de su eficiencia energética y una gestión más autónoma.

¿Qué esfuerzos hace el sector privado del agua y saneamiento en España?

InfoEdu conversó con las ingenieras Paula Pérez Sánchez y Alicia Pérez Ballester, quienes laboran respectivamente, como gerente de Transformación digital y gerente de Automatización y control de la transnacional española, Acciona Agua, la misma que ha lanzado iniciativas como el Centro de Control de Agua para complementar su experiencia en el sector de gestión de proyectos de agua y saneamiento con la aplicación de tecnologías 4.0, logrando optimizar la gestión de sus proyectos y mejorar la eficiencia de sus procesos.

Ante la pregunta sobre cómo empezaron a trabajar con IA, Pérez Sánchez nos refiere: “Empezamos trabajando con sistemas sencillos de Machine Learning usando las capacidades del big data, a raíz de eso evolucionamos a técnicas de aprendizaje profundo o deep learnig, basadas de inicio en redes neuronales simples para ir complicando poco a poco los sistemas. Hoy seleccionamos la técnica según la aplicación ya que, estamos adquiriendo un gran conocimiento en su desarrollo e implementación”.

A la par, Alicia Pérez agrega que la aplicación de la IA y otras herramientas digitales les ha permitido incrementar la eficiencia, ahorrar recursos, mejorar la detección temprana de las fugas en nuestras redes, optimizar el consumo de reactivos de sus plantas de tratamiento, por lo que prevén generar la automatización-robotización total de sus instalaciones y procesos e implementar la medición de la economía circular en sus proyectos y sedes.

Para ambas, el uso de estas tecnologías solo representa ventajas para las empresas dedicadas al agua y saneamiento, como: la anticipación a procesos de mantenimiento en redes e instalaciones de tratamiento y en labores de operación de las depuradoras, optimización de los consumos energéticos en instalaciones y servicios, eficiencia en la gestión de equipos de trabajo, generación de conocimiento a partir de datos y una mejora en la capacidad de respuesta y adaptación del proceso, sobre acontecimientos no controlados.

Como se ve hay tecnologías 4.0 ya operando en el sector de agua y saneamiento. Hay esfuerzos de los organismos mundiales por impulsar esta tecnología, de los gobiernos por promover proyectos que las incluyan, de las empresas del sector en el desarrollo de propuestas de gestión del agua que emplean la IA y otras TIC´s, y de la comunidad académica en la investigación de iniciativas de esta naturaleza, lo que haría falta es conectarlas un poco más, señala Corominas.

Para el experto de ICRA, mientras las empresas cuentan con recursos y plataformas de big data interesantes, las organizaciones e instituciones que investigan y desarrollan modelos de IA tienen el conocimiento de dominio, de cómo funciona la red de alcantarillado, por lo que un trabajo en conjunto resulta vital.

En tiempos de incertidumbre, de cambios climáticos, amenazas de sequía, es bueno saber que las tecnologías 4.0 son una herramienta que empieza a usarse en sectores clave como el agua y saneamiento, que los organismos mundiales las impulsan y financian y que junto a los gobiernos y las empresas hacen esfuerzos conjuntos para implementarlas en los proyectos de agua, depuración y reutilización de aguas servidas, el único ingrediente que falta sería una mayor concatenación de esfuerzos para agilizar la consecución del Objetivo 6 de Desarrollo Sostenible: Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos.

DATOS ADICIONALES:

El proyecto SCOREWater cuenta con una red de socios del sector público y privado a nivel internacional. Forman parte de esta sociedad las entidades Instituto Catalán de Investigación del Agua (ICRA), Ayuntamiento de Barcelona, Eurecat, Barcelona Ciclo del Agua (BCASA), Instituto de Estudios Regionales Metropolitanos de Barcelona (IERMB), Future City Foundation, Swedish Hydro Solutions, Universeum, Talkpool, S::can, IVL, Hydrologic, Civity, Amersfoort y City of Gothenburg.

Charla TEDx Talks: «Resolviendo la crisis del agua con Inteligencia Artificial», a cargo del investigador en IA Prateek Joshi