Optimización del Uso de Productos Químicos en Plantas de Agua mediante el Aprendizaje Automático en el Borde.

Aprendizaje automático en plantas de tratamiento de agua distribuidas

Las infraestructuras de gestión del agua generan cada día enormes y crecientes volúmenes de datos. Para gestionar esta complejidad y escalar eficazmente, los operadores adoptan cada vez más plataformas Edge Computing como Barbara. Estas plataformas permiten procesar datos en tiempo real en la fuente, sin comprometer la integridad ni la seguridad de la red de Tecnología Operativa (OT).

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Mejorar el control de la dosificación de reactivos con aprendizaje automático

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El control preciso de la dosificación de reactivos es fundamental para detectar compuestos químicos fluctuantes en el agua. Los métodos tradicionales se basan en el muestreo manual y el análisis de laboratorio, que a menudo conducen a resultados retrasados o anticuados.

ACCIONA, operador global de infraestructuras, invertía antes mucho tiempo y recursos en pruebas de laboratorio para determinar las concentraciones óptimas de productos químicos. Sin embargo, los retrasos en la obtención de resultados hacían que las decisiones de dosificación se basaran a menudo en información obsoleta, lo que provocaba un uso excesivo de productos químicos, un aumento de los costes y posibles sanciones normativas.

Mediante la implementación de algoritmos de Aprendizaje Automático en el borde, ACCIONA puede ahora ajustar automática y continuamente las dosis de productos químicos en tiempo real, adaptadas a las variables ambientales de cada planta. Esta innovación no sólo mejora la eficiencia, sino que también garantiza el cumplimiento de la normativa y el ahorro de costes.

¿Qué pretendía conseguir ACCIONA?

1. Predicción química virtual
   ACCIONA quería implantar algoritmos avanzados capaces de predecir virtualmente las composiciones químicas del agua, un conocimiento que tradicionalmente se obtenía mediante pruebas de laboratorio. Mediante la monitorización continua de los parámetros relacionados, el objetivo era obtener un control más estricto de las variables críticas de la calidad del agua.
2. Optimización de costes
   Un objetivo clave era reducir los costes operativos mediante la optimización de los circuitos de dosificación de reactivos, minimizando el uso excesivo de productos químicos y reduciendo significativamente los gastos derivados de las sanciones reglamentarias.
3. Escalabilidad a través de operaciones globales
   Con 89 plantas en todo el mundo, ACCIONA pretendía escalar la solución globalmente, garantizando un rendimiento, una eficiencia y una excelencia operativa constantes en todas las instalaciones.
4. Ingestión y Gestión de Datos Robustas
   La captura eficiente y segura de datos de diversas fuentes -incluidos sensores, máquinas y dispositivos industriales- era esencial, junto con el almacenamiento y la gestión fiables de los datos recopilados.
5. Despliegue y adaptación de modelos de IA
   La estrategia incluía el despliegue sin fisuras de modelos de IA en el borde, con la capacidad de ajustarlos automáticamente en función de las condiciones ambientales únicas de cada planta, garantizando una adaptabilidad y precisión continuas.
6. Supervisión y mantenimiento remotos centralizados
   Para agilizar las operaciones y mantener un alto rendimiento, ACCIONA necesitaba herramientas centralizadas de supervisión, control y gestión del ciclo de vida remotos de todas las aplicaciones desplegadas y los dispositivos conectados.

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Plataforma de IA Barbara's Edge: Inteligencia en tiempo real a escala

Con la explosión de dispositivos conectados y la creciente demanda de procesamiento de datos en tiempo real, enviar todos los datos operativos a un centro de datos centralizado ya no es viable. Para cumplir los objetivos de ACCIONA, era esencial disponer de una robusta Infraestructura Edge. Este enfoque abordaba varios requisitos críticos:

1. Rentabilidad - Reducción significativa de los costes asociados a la captura y transmisión continua de datos a la nube.
2. Privacidad y seguridad de los datos - Garantizamos el cumplimiento de las estrictas normas de seguridad y protección de datos.
3. Procesamiento en tiempo real - Permite el análisis inmediato de los datos y la respuesta directamente en la fuente.

La solución de Barbara se diseñó para satisfacer estas necesidades mediante una Plataforma Edge AI integral, que consta de:

• Barbara OS: Un sistema operativo ligero y seguro para desplegar, orquestar y mantener modelos de IA directamente en el borde en las plantas de tratamiento de aguas, cerca de la fuente de datos.
• Panel Barbara: Una herramienta centralizada de gestión y orquestación que proporciona un control remoto total sobre los nodos edge, incluyendo la configuración, las actualizaciones y la supervisión, garantizando una gobernanza completa del ciclo de vida.

Más concretamente, la solución aportó:

• Conectividad sin fisuras y procesamiento de datos en el borde, con alertas en tiempo real en caso de anomalías o incidentes.
• Gestión remota y segura de aplicaciones en contenedores (basadas en Docker), incluyendo actualizaciones y cambios de configuración.
• Gestión completa del ciclo de vida de los nodos periféricos y las pasarelas: actualizaciones, reconfiguraciones y supervisión del rendimiento.
• Una interfaz gráfica intuitiva para visualizar las mediciones en tiempo real y el estado del sistema.

Esta arquitectura "edge-native" permitió a ACCIONA operar con mayor agilidad, fiabilidad e inteligencia, al tiempo que sentaba las bases para implantaciones escalables de IA en su red global de plantas.

Principales retos del proyecto

Uno de los retos más importantes fue ajustar los modelos distribuidos de IA para que se adaptaran a las diversas variables ambientales presentes en la red de plantas de tratamiento de agua de ACCIONA. Conseguir un rendimiento óptimo con un único modelo exigía tener en cuenta las condiciones específicas del lugar, como la temperatura, el estado operativo y la configuración de los equipos.

Otro reto importante era establecer una conectividad sólida y segura, sobre todo al trabajar con el protocolo OPC-UA, conocido por sus complejos mecanismos de autenticación. Era fundamental garantizar una comunicación fluida sin comprometer la integridad de los datos ni la seguridad del sistema.

La solución tecnológica de Barbara abordó estos retos permitiendo la integración segura de Barbara Panel -suplataforma centralizada para la gestión remota de los nodos de borde y las aplicaciones- con los servidores locales de la planta de ACCIONA. Esto garantizó el almacenamiento y la transmisión de datos encriptados, manteniendo los más altos estándares de privacidad de los datos y seguridad de los dispositivos.

Impacto de la IA en los bordes - En cifras

• 250.000 USD ahorrados por planta sólo en el primer año.
• Aumento del 800% en la velocidad de despliegue de nuevas aplicaciones en las instalaciones.
• Rápido despliegue de modelos predictivos, incluidos los de control de la turbidez del agua, impulsando operaciones más inteligentes e informadas por los datos.

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