Automatización del tratamiento del agua: Ventajas, tecnologías y soluciones inteligentes

La gestión adecuada de los recursos hídricos en la industria del agua es extremadamente crítica para el desarrollo. El aumento de la población, las actividades industriales y el cambio climático son factores que hacen aún más crítica la gestión del agua. Los anticuados sistemas manuales de tratamiento de aguas residuales presentan problemas de fiabilidad, costes y eficiencia. Por eso, las soluciones de automatización para los sistemas de agua ya no son opcionales, sino que se han convertido en una necesidad. La automatización es vital para crear sistemas de tratamiento de aguas residuales económicos, fiables y duraderos.

Este artículo analiza aspectos de la automatización del tratamiento del agua. Los temas que abordaremos incluyen el principio de la automatización del tratamiento del agua, las tecnologías clave, los beneficios reales de la automatización del agua, los pasos de implantación y las consideraciones en la previsión.

¿Por qué automatizar los procesos de tratamiento del agua?

¿Por qué es importante la automatización en el sector de las aguas residuales? Esto va mucho más allá de la mera adopción de avances modernos. Gira en torno a auténticas exigencias.

En primer lugar, la gestión de la calidad del agua y el servicio de protección del medio ambiente son cada vez más estrictos. Ya existen políticas que controlan el seguimiento del tratamiento de las aguas municipales, así como el tratamiento de las aguas residuales de las zonas industriales y urbanas. Para los problemas complicados, las personas están limitadas; sin embargo, los sistemas de ajuste automático continuo pueden controlarlo todo. Esto garantiza que durante la automatización de los procesos de tratamiento del agua se cumplan incluso las restricciones más duras. También garantiza que los sistemas hagan frente al estricto cumplimiento de la normativa.

En segundo lugar, es esencial mejorar la eficiencia y reducir los costes de los procesos. El consumo de energía suele ser elevado en las plantas de tratamiento de aguas. Gastar la cantidad adecuada de productos químicos está directamente relacionado con la calidad y el coste del tratamiento del agua. Las bombas, ventiladores, válvulas y equipos similares pueden funcionar de forma óptima mediante sistemas automatizados. Esto mejora la eficiencia energética. Además, los datos en tiempo real pueden utilizarse para añadir las cantidades adecuadas para la dosificación de productos químicos. Esto minimiza considerablemente el uso de productos químicos. La automatización reduce la necesidad de tareas manuales, disminuyendo los errores humanos. Esto permite a las personas centrarse en supervisar, mantener y mejorar los procesos, lo que supone un trabajo mejor.

En tercer lugar, la automatización ayuda en casi todos los sectores, incluidas las operaciones empresariales, al garantizar flujos de trabajo fluidos y el mantenimiento de la seguridad en diversos sistemas. Los procesos que requieren inspecciones manuales requieren mucho tiempo de procesamiento, con el consiguiente riesgo de horas de inactividad operativa o avería de los equipos. En cambio, los sistemas automatizados comprueban el estado de los equipos al instante. Advierten de condiciones anormales y emiten alertas reglamentarias en un plazo determinado. Algunos sistemas avanzados incluso predicen cuándo es probable que se produzca un problema. La supervisión remota en tiempo real de los sistemas de primera línea reduce en gran medida la necesidad de realizar peligrosos trabajos de campo. Las plantas de tratamiento de aguas para diversas aplicaciones de aguas residuales y el suministro de agua dulce son fundamentales para el funcionamiento de una ciudad. No debe haber interrupciones, y la automatización ayuda a aumentar la fiabilidad.

Por último, la automatización ayuda con los flujos de trabajo intrincados y el manejo de datos. Los métodos actuales de tratamiento del agua son cada vez más sofisticados. Incorporan numerosos procesos físicos, químicos y biológicos. Los sistemas automatizados pueden coordinar los distintos componentes de un sistema para que funcionen de forma sinérgica. Esto mejora el rendimiento de todo el sistema. Además, estos sistemas generan grandes cantidades de datos que deben recopilarse, archivarse, analizarse y presentarse de forma óptima. Esto ayuda a mejorar el proceso, solucionar problemas y fundamentar futuras decisiones de gestión.

Tecnologías clave para la automatización del agua

La integración de distintas tecnologías es primordial en la automatización del tratamiento del agua. Dichas tecnologías funcionan como los "huesos inteligentes" y el "sistema nervioso" de las instalaciones contemporáneas de tratamiento de aguas. Entender qué logran las tecnologías básicas permite que la automatización funcione de forma óptima.

La supervisión y el control holísticos, así como el control total del sistema, permiten automatizar la recogida de información sobre el terreno, la aplicación de la lógica, la toma de decisiones, la gestión automatizada, la verificación y las comprobaciones, el seguimiento, la supervisión integral y el control total del sistema. Todo control de sistemas depende de una determinada tecnología:

• Sensores e instrumentos son los "ojos y oídos" del sistema. Obtienen datos en tiempo real sobre la calidad del agua (como pH, turbidez, OD, cloro), caudal, presión y niveles de agua. Convierten las señales del lugar en datos digitales.
• Actuadores son los "músculos" del sistema. Reciben señales de control y hacen que las cosas se muevan. Por ejemplo, cambian la posición de las válvulas, arrancan o paran bombas como las dosificadoras de productos químicos, o modifican la velocidad del motor.
• Controladores lógicos programables (PLC) son los "cerebros" in situ. Utilizan los datos de los sensores y la lógica incorporada para tomar decisiones rápidamente y enviar órdenes a los actuadores. Esto hace que funcionen los sistemas locales de control automático y seguridad.
• Sistemas de control y adquisición de datos (SCADA) son el "sistema nervioso central" de toda la planta o zona de agua. Recopilan datos de los PLC y de los instrumentos del emplazamiento. Guardan, manejan, consultan los datos y los muestran visualmente. También permiten a los operarios comprobar y gestionar las cosas desde lejos mediante una interfaz hombre-máquina (IHM).
• Interfaces hombre-máquina (HMI) son las "ventanas" que utilizan los operarios para trabajar con el sistema automatizado. Muestran datos en tiempo real, imágenes del proceso y mensajes de advertencia. Los operarios también pueden utilizarlas para dar órdenes.
• Redes de comunicación son los "puentes" que conectan todas las piezas. Se encargan de que los datos y las órdenes circulen con rapidez y seguridad entre los equipos del emplazamiento, los PLC y los sistemas SCADA.
• Software de automatización es la base para escribir reglas de control complejas, examinar los datos con detenimiento, elaborar informes, gestionar advertencias y configurar todo el sistema.

Cada una de estas tecnologías tiene una función, su control, supervisión y gestión de los procesos que intervienen en el tratamiento del agua. Cada una de estas tecnologías es como un bloque de construcción de una planta de agua automatizada. Las tecnologías más recientes, como IIoT, la computación en la nube y los macrodatos, han mejorado aún más las tecnologías básicas mencionadas y han simplificado sus interfaces.

Ventajas de las depuradoras automatizadas

Las ventajas que aporta la automatización en las plantas de tratamiento de aguas son cuantificables.

La principal ventaja es que mejora la eficacia de las operaciones. La automatización minimiza el despilfarro de recursos como agua, energía y productos químicos al controlar los procesos con precisión. Por ejemplo, se puede evitar el uso excesivo de productos químicos ajustando automáticamente sus volúmenes en función de la calidad o el caudal del agua que sale de la planta. Así se reducen los gastos y la creación de subproductos innecesarios. Esto es similar a un gestor muy prudente que vigila de cerca el uso de los recursos.

Las normas del agua permanecen constantes y las políticas se cumplen correctamente. Los sistemas automatizados funcionan sobre la base de algoritmos y modelos de procesos definidos. Se elimina la variabilidad humana. El cumplimiento de las normas y el mantenimiento meticuloso de los registros constituyen una prueba fehaciente del control. En el caso de los componentes de control críticos, como las válvulas, el grado de precisión del control influye enormemente en la calidad del agua y en el suministro de agua limpia. Para el control de líquidos críticos, la precisión se garantiza mediante válvulas automatizadas de calidad, por ejemplo, VINCER, especializada en sistemas de líquidos controlados y que posee las certificaciones FDA y SIL. Esto es crucial para la fiabilidad del tratamiento y los estándares del agua. El historial de VINCER en entornos difíciles, como la desalinización, refuerza su capacidad para salvaguardar la fiabilidad en condiciones de agua variables.

Otra ventaja clave es la reducción de los gastos operativos. No se trata sólo de ahorrar materiales. También incluye los costes de personal y reparación. Los sistemas automatizados realizan muchas tareas repetitivas y comprobaciones básicas. Así, el personal puede centrarse en vigilar, tomar decisiones inteligentes y cuidar los equipos. Gracias a los avisos del sistema y al análisis de los datos, los problemas de los equipos se detectan antes. Esto permite arreglar las cosas antes de que se rompan por completo. Así se evitan reparaciones costosas y paradas en el funcionamiento que se producen sin previo aviso. Además, elegir piezas automatizadas que ahorren costes pero sigan siendo fiables, como las válvulas automatizadas rentables que proporciona VINCER, puede ayudar a mantener bajo el coste inicial del proyecto y ahorrar dinero con el tiempo. Aplicar la automatización a áreas específicas, como las etapas de procesamiento de lodos, también puede reportar importantes beneficios.

Todo el sistema es más fiable y capaz de gestionar los problemas con mayor eficacia. La automatización detecta los problemas de procesos y equipos en tiempo real, de modo que pueden abordarse mediante protocolos de emergencia preestablecidos diseñados para minimizar el impacto en el sistema. La supervisión a distancia permite a los expertos del sistema prestar asistencia desde cualquier lugar, lo que reduce los desplazamientos y acelera la resolución de problemas. La implantación del mantenimiento predictivo ayuda a lograr esta fiabilidad. En última instancia, estas ventajas se traducen en una mejor experiencia del cliente gracias a un servicio fiable y una alta calidad del agua.

Además, los sistemas automatizados proporcionan grandes cantidades de datos. Con una evaluación cuidadosa de esta información, los gestores obtienen una visión más profunda de la operación e identifican oportunidades de mejora. Incluso se puede optimizar el proceso. Esto ayuda a conseguir prácticas sostenibles y fomenta la conservación del agua. Así es como el proceso de tratamiento del agua se hace progresivamente más inteligente y eficiente.

Implantación de la automatización: Guía paso a paso

Poner en marcha la automatización del tratamiento del agua requiere una planificación cuidadosa y hacerlo paso a paso. No se hace de golpe.

1. Compruebe las necesidades y planifique: En primer lugar, hay que examinar detenidamente la planta actual, el proceso de tratamiento, lo que se quiere conseguir, los problemas a los que se enfrenta y cuánto dinero puede gastar. Tenga claros los objetivos de la automatización. ¿Se trata sobre todo de ahorrar energía, trabajar mejor, cumplir las normas o algo más? A partir de esta comprobación, elabore un primer plan para la estructura del sistema.
2. Diseño del sistema y selección de piezas: Basándose en el plan, decida el tipo de estructura del sistema automatizado (centralizado o disperso). Elija el PLC, el software SCADA, los sensores, los actuadores y demás hardware y software adecuados. En esta fase, debe conocer los detalles técnicos de los distintos productos, su fiabilidad, su compatibilidad con otros componentes y la capacidad técnica y de asistencia del proveedor.
3. Instalación y cableado: Siga los planos de diseño para instalar los equipos in situ, cablear los armarios de control y conectar los sensores y actuadores. Esto es clave para asegurarse de que el hardware funciona correctamente.
4. Programación y configuración: Una vez instalado el hardware de automatización, escriba los programas PLC, configure el sistema SCADA y diseñe las pantallas HMI. Introduzca en el software las reglas del proceso, las matemáticas de control, los niveles de alarma y los puntos de datos.
5. Pruebas y puesta en marcha: Conecte todas las piezas automatizadas y pruébelas juntas. Compruebe todas las funciones del sistema, las reglas de control, el sistema de alarma y lo bien que recoge los datos. Asegúrese de que el sistema funciona de forma estable según lo previsto.
6. Formación del personal: Impartir una formación completa a las personas que se encargarán de la gestión y el mantenimiento de la planta de agua. Deben saber cómo utilizar el sistema automatizado, comprobarlo, realizar el mantenimiento diario y solucionar problemas sencillos. Esta es la clave para obtener buenos resultados del sistema automatizado.
7. Correr y mejorar: Cuando el sistema empiece a funcionar de verdad, hay que seguir comprobando su rendimiento. Obtén información y haz pequeños cambios para que funcione mejor en función de cómo lo haga en la vida real.
8. Mantenimiento continuo y actualizaciones: Los sistemas automatizados no son cosa de una sola vez. Necesitan revisiones periódicas, actualizaciones de software y, a veces, nuevo hardware para mantenerse al día con las nuevas tecnologías y los cambios en el proceso.

Todos deben coordinarse estrechamente: el propietario, la empresa de diseño, el constructor del sistema y los proveedores de equipos. Esto garantiza la calidad en cada paso.

Válvulas: Componentes críticos en la automatización

En los sistemas automatizados de tratamiento de aguas, varios tipos de válvulas son fundamentales como efectores finales. Sirven de "manos" para la automatización cuando se trata de gestionar los líquidos controlados. Ya se trate de control de caudal o mantenimiento de sistemas presurizados, apertura/cierre de tuberías o regulación de caudal, cada válvula automatizada tiene que ejecutar las funciones requeridas con precisión.

Como en el caso de las electroválvulas, los mecanismos automatizados de accionamiento hidráulico, neumático o incluso líquido facilitan el movimiento mediante la automatización. Estos componentes reciben señales del sistema de control automatizado. De este modo, se puede ordenar a las válvulas que se abran, se cierren o se asienten a medio camino en función de las necesidades.

Entre las válvulas automatizadas más comunes utilizadas en el tratamiento de aguas se incluyen:

Tipo de válvula	Función principal
Válvulas de bola/mariposa/compuerta automatizadas	Se utiliza para abrir o cerrar tuberías (detener o permitir el flujo).
Válvulas de control automatizadas	Se utiliza para controlar con precisión el caudal, la presión, etc.
Electroválvulas	Se utiliza para el control rápido de encendido/apagado en tuberías pequeñas.

El funcionamiento de este tipo de válvulas repercute directamente en la velocidad y la precisión de todo el sistema automatizado. Una válvula automatizada que sea lenta o imprecisa comprenderá el rendimiento global del sistema automatizado. Por lo tanto, es fundamental que las válvulas automatizadas seleccionadas para cualquier tarea sean fiables, estén calibradas de forma fiable y se integren sin complicaciones en todo el sistema. Los buenos fabricantes de válvulas automatizadas, como VINCER, comprenden las distintas condiciones de trabajo, como el líquido, la temperatura, la presión y la prevención de la oxidación, entre otras. También ofrecen soluciones especiales. La flexibilidad de las soluciones que ofrecen aumenta con la calidad y los tipos de sus productos, lo que repercute en la precisión del control. Estos fabricantes son capaces de suministrar pedidos urgentes de otras ramas de la industria como la desalinización, la producción de alimentos, la minería, etc.

Retos y soluciones en la adopción de la automatización

Aunque la automatización del tratamiento del agua tiene muchas cosas buenas, su puesta en marcha plantea retos. Pero hay formas de afrontarlos.

Coste inicial elevado

Adquirir cada pieza de hardware, software y sus respectivos servicios de instalación e integración requerirá un capital considerable. Las empresas que operan con un presupuesto más ajustado, o aquellas más recelosas del retorno de la inversión, pueden encontrar esto completamente fuera de su alcance.

Solución: Considere la posibilidad de automatizar gradualmente. Dé prioridad a los sistemas fundamentales que aporten valor a la empresa o que ofrezcan el mayor retorno de la inversión. Además, seleccione proveedores que ofrezcan piezas automatizadas de buena calidad, como válvulas automatizadas, a precios más bajos. Garantizar la inversión en automatización y gestionar las licitaciones de proyectos de capital son aspectos clave de este reto.

Integración con sistemas heredados

Numerosas plantas de tratamiento de agua llevan funcionando muchos años. Sus equipos y sistemas de control pueden ser de distintos fabricantes y aplicar diversos protocolos de comunicación. Esto complica la integración de los nuevos sistemas con los antiguos.

Opte por sistemas automatizados de libre configuración que admitan la interoperabilidad y tengan un historial probado de colaboración satisfactoria. Busque socios con amplia experiencia en la integración de sistemas complejos.

Riesgos de ciberseguridad

Los sistemas automatizados se han conectado a redes externas para optimizar procesos y flujos de trabajo. Esta conexión supone especialmente un gran peligro para los ciberataques dirigidos contra las infraestructuras hídricas, ya que son vitales para garantizar la seguridad pública.

Solución: Poner en marcha cortafuegos de ciberseguridad, redes privadas virtuales, aislamiento de sistemas y sistemas de detección de intrusos. Segmentar los sistemas automatizados en zonas con acceso limitado para disminuir las consecuencias de una brecha. Las auditorías y evaluaciones programadas periódicamente refuerzan las defensas proactivas. Seleccione productos automatizados con funciones de seguridad integradas para reducir las vulnerabilidades.

Necesidad de personal cualificado

Para manejar y controlar sofisticados sistemas automatizados se necesitan especialistas en electricidad, automatización, instrumentación e informática.

Solución: Forme más a sus empleados actuales. Contrate también a los que tengan conocimientos multidisciplinares. Utiliza la asistencia técnica especializada y los servicios de mantenimiento que ofrecen los contratistas.

Tendencias futuras en la automatización del tratamiento del agua

La automatización del tratamiento del agua tiende a ser más inteligente, a estar más conectada y a durar más tiempo.

La computación en nube y el Internet industrial de las cosas (IIoT) optimizarán aún más la supervisión remota, la gestión de datos y la integración de sistemas. La integración de dispositivos in situ con tecnologías en la nube permite la gestión remota de los recursos hídricos y la transferencia de datos entre regiones o continentes.

La inteligencia artificial y el aprendizaje automático impulsarán avances significativos en las tecnologías de tratamiento del agua. La previsión de la calidad del agua, la optimización de procesos (uso de aire, inyección inteligente de productos químicos, etc.), la predicción de fallos de los equipos y la resolución autónoma de problemas son objetivos que la IA puede alcanzar. Esto permite pasar de procesos robóticos basados en el cumplimiento a sistemas automatizados activos y pensantes.

La tecnología Digital Twin se implantará cada vez más en las plantas de tratamiento de aguas en el futuro. Las copias virtuales permiten probar distintos métodos de control, optimizar el sistema, formar a los operarios y simular situaciones problemáticas. Las pruebas en un entorno simulado mitigan en gran medida los riesgos asociados a las pruebas físicas.

La preservación de la privacidad seguirá siendo importante en relación con los avances de la automatización. En el futuro, las medidas de seguridad integrales serán la norma a medida que los sistemas estén más interconectados.

Elegir el socio de automatización adecuado

La automatización del tratamiento del agua es compleja e importante, por lo que elegir al socio adecuado es muy importante. Un buen socio de automatización no es sólo alguien que vende equipos. Son expertos que pueden ofrecer ayuda técnica y asesoramiento a lo largo de todo el proyecto.

A la hora de elegir un socio, fíjate bien en estos aspectos:

• Experiencia en el sector: ¿Tiene el socio mucha experiencia en el tratamiento de aguas? ¿Conoce los procesos y normas especiales del tratamiento del agua?
• Capacidad técnica y productos: ¿Pueden ofrecer un conjunto completo de productos y soluciones automatizados fiables que funcionen bien juntos? Esto incluye los principales sistemas de control, instrumentos y piezas importantes como válvulas automatizadas.
• Servicio y asistencia: ¿Pueden prestar ayuda desde la planificación, la creación de sistemas, la instalación y las pruebas, hasta el mantenimiento y la formación posteriores?
• Calidad y fiabilidad del producto: ¿El equipo y el sistema que ofrecen son de alta calidad? ¿Pueden funcionar de forma estable durante mucho tiempo en condiciones duras de tratamiento del agua?
• Innovación: ¿Busca el socio nuevas tecnologías? ¿Puede aportar soluciones inteligentes para el futuro?
• Rentabilidad: ¿Es justo el precio sin dejar de ofrecer buena calidad y servicio?

La base del éxito de un proyecto es encontrar un socio con una sólida experiencia en el sector, capaz de entender sus necesidades específicas, ofrecer soluciones personalizadas que funcionen bien en relación con el precio, y que cuente con sólidos conocimientos y buenos productos en áreas clave como las válvulas automatizadas. Por ejemplo, VINCER es una empresa especializada en válvulas automatizadas. Tienen más de diez años de experiencia, muchos productos (válvulas de control eléctricas y neumáticas), pueden hacer cosas especiales para distintos trabajos (hasta 50 opciones de materiales) y cuentan con homologaciones internacionales como ISO9001, CE y FDA. Esto les ayuda a ofrecer precios mejores que los de empresas de otros países, al tiempo que mantienen la alta calidad de sus productos y satisfacen necesidades complejas. Su equipo cualificado y sus respuestas rápidas (como presupuestos para soluciones sencillas en 24 horas) también contribuyen a que los proyectos de los clientes salgan bien. Elegir un socio como éste ayuda a los clientes a emplear menos dinero para conseguir una automatización del tratamiento del agua eficaz y fiable.

Conclusión

La automatización de los sistemas de tratamiento de aguas gestiona los recursos hídricos y resuelve los retos actuales y futuros en este ámbito. Los sistemas mejoran la eficiencia al tiempo que reducen los costes operativos, agilizan los procesos de cumplimiento y refuerzan la fiabilidad y seguridad de las plantas. Desde sensores, SCADA y PLC hasta válvulas de control automatizadas, todas y cada una de las tecnologías y componentes tienen una función crítica.

La implantación de sistemas de automatización plantea algunos obstáculos. La selección del socio de automatización adecuado, los enfoques graduales y una planificación cuidadosa resuelven estos problemas. De cara al futuro, los posibles avances en IA e IoT podrían mejorar aún más la automatización de los procesos de tratamiento del agua.

Tratar el agua con sistemas automatizados es una inversión proactiva para salvaguardar la mejora de unos sistemas de suministro más sanos en el futuro. Es como dirigir de forma óptima y fortificar inteligentemente un sistema de mando crítico para las arterias vitales de la Tierra con el fin de salvaguardar una pulsación robusta.