La disertación de Rhea Dadiala, titulada «iWISE: Un Marco para la Implementación de Sistemas de Agua Inteligentes«, aborda los desafíos que enfrenta la infraestructura de aguas residuales y pluviales en los EE. UU. debido a infraestructuras envejecidas, eventos climáticos extremos y un crecimiento poblacional acelerado. El trabajo propone el marco iWISE (Ingeniería de Sistemas de Infraestructura de Agua Inteligente) para ayudar a las empresas de servicios públicos a implementar sistemas de agua inteligentes que tomen decisiones basadas en datos, mejorando la gestión de las cuencas hidrográficas.

La implementación de estos sistemas inteligentes requiere la integración de nuevas tecnologías, como sensores avanzados, inteligencia artificial (IA), y modelos matemáticos de simulación, que facilitan una toma de decisiones más eficiente y optimizada. El marco abarca siete pilares clave: sistemas físicos, sistemas digitales, planificación e implementación, gobernanza de datos, gestión de bases de datos, análisis de datos y sistemas de apoyo a la toma de decisiones.

Contexto: Problemas de Infraestructura y el Rol de la Transformación Digital

La infraestructura de aguas residuales en los Estados Unidos enfrenta importantes problemas como el envejecimiento de los sistemas, la creciente demanda, y el aumento en la frecuencia de eventos climáticos extremos, que provocan desbordamientos combinados de alcantarillado (CSO) y desbordamientos sanitarios de alcantarillado (SSO). Estos problemas afectan negativamente tanto al medio ambiente como a la sociedad. Afortunadamente, la tecnología moderna permite la creación de sistemas inteligentes que pueden recopilar y analizar grandes volúmenes de datos para tomar decisiones mejor informadas y más rápidas.

A pesar de los avances tecnológicos, muchas empresas de agua aún no implementan estas soluciones de manera integral, en parte debido a la falta de un enfoque estructurado. El marco iWISE proporciona ese enfoque, ayudando a las empresas de agua a gestionar mejor sus recursos hídricos a nivel de cuenca.

Enfoque «System-of-Systems» (Sistema de Sistemas)

Uno de los conceptos centrales de la tesis es el enfoque «System-of-Systems» (SoS), que aboga por una coordinación integral entre sistemas interconectados, en lugar de gestionar cada uno por separado. Los sistemas de agua inteligentes requieren una integración que abarque tanto los sistemas naturales como los construidos y sociales. Este enfoque ayuda a las empresas a comprender mejor las interdependencias dentro de un sistema de cuenca, gestionando los riesgos de manera más eficaz.

Marco iWISE: Los Siete Pilares Clave

El marco iWISE está compuesto por siete bloques de construcción, cada uno centrado en diferentes aspectos técnicos de la gestión de aguas residuales:

1. Sistemas Físicos: Este bloque ayuda a definir los límites de la cuenca y sus componentes. Permite a las empresas comprender cómo interactúan los subsistemas y componentes dentro de una cuenca.
2. Sistemas Digitales: Impulsa la implementación de sensores, sistemas de control y otras tecnologías digitales para automatizar el monitoreo y la gestión del agua.
3. Planificación e Implementación: Proporciona estrategias para la planificación a largo plazo y la ejecución de sistemas inteligentes. Esta sección subraya la importancia de desarrollar planes estratégicos que alineen a las partes interesadas y asignen recursos de manera eficiente.
4. Gobernanza de Datos: Establece protocolos para la recopilación, gestión y control de calidad de los datos, asegurando que la información sea precisa, fiable y útil para la toma de decisiones.
5. Gestión de Bases de Datos: Facilita la integración de datos de múltiples fuentes y subsistemas, lo que permite un análisis exhaustivo.
6. Análisis de Datos: Aborda las técnicas de modelado matemático, análisis predictivo y simulaciones que ayudan a prever problemas y optimizar el rendimiento del sistema.
7. Sistema de Soporte para la Toma de Decisiones: Utiliza visualización de datos y herramientas de inteligencia artificial para apoyar las decisiones operativas en tiempo real, como la gestión de desbordamientos de alcantarillado.

Implementación y Validación del Marco

El marco fue probado en diversas empresas de agua de diferentes tamaños, y los resultados indicaron que las grandes empresas están más avanzadas en la implementación de sistemas inteligentes en comparación con las pequeñas y medianas. Además, los desafíos clave en la implementación incluyen la falta de coordinación entre sistemas, el costo de las nuevas tecnologías y la necesidad de capacitación especializada.

Beneficios y Retos

La adopción de sistemas inteligentes en el manejo de aguas residuales tiene múltiples beneficios, como la mejora en la eficiencia operativa, la reducción de costos y la capacidad de prever y mitigar problemas antes de que se conviertan en crisis. Sin embargo, también enfrenta obstáculos, como la fragmentación de datos entre diferentes departamentos y la resistencia al cambio en las políticas de gestión del agua.

Conclusión: Un Futuro con Sistemas Inteligentes

El marco iWISE tiene el potencial de transformar la manera en que las empresas de agua gestionan sus infraestructuras, permitiéndoles aprovechar las tecnologías modernas para tomar decisiones más rápidas, informadas y sostenibles. Sin embargo, su implementación exitosa dependerá de una planificación estratégica cuidadosa, la colaboración entre los interesados y la voluntad de adoptar un enfoque integral para la gestión del agua. A medida que las ciudades crecen y el cambio climático intensifica los desafíos ambientales, estos sistemas inteligentes serán cada vez más esenciales para garantizar un suministro de agua seguro y sostenible.