Desafío

Los ingenieros en at SUEZ diseñan y construyen grandes plantas de aguas residuales, agua potable y desalinización que dependen de redes complejas de tuberías, estaciones de bombeo y tanques de almacenamiento. Estos sistemas deben operar bajo condiciones de entrada altamente variables, que van desde la operación normal hasta flujos pico breves pero críticos durante tormentas.

Diseñar un sistema de transferencia de agua implica varios objetivos fuertemente acoplados y en competencia:

• seleccionar diámetros de tuberías y configuraciones de bombas que equilibren el rendimiento hidráulico, el costo de construcción y el consumo de energía
• minimizar el impacto ambiental y las emisiones de CO₂ asociadas
• asegurar una operación segura durante eventos transitorios como apagones repentinos
• ajustar estrategias de control para evitar operación inestable, como por ejemplo ciclos excesivos de arranque-parada de bombas

El sistema debe optimizarse no solo para condiciones de flujo máximo, sino también para la distribución de flujo operativa a largo plazo durante un año completo. La mayor parte del tiempo de operación ocurre a caudales bajos y medios.

Solución

Alexandre Lecorneur y Pedro Fonseca de SUEZ describieron cómo acoplar Wolfram System Modeler con Wolfram Language permite flujos de trabajo de optimización potentes en la conferencia Conferencia de System Modeler 2026.

Para respaldar decisiones de ingeniería tempranas y reducir el riesgo del proyecto, SUEZ utiliza tecnologías Wolfram como un entorno principal de modelado a nivel de sistema para representar redes hidráulicas, estaciones de bombeo y arquitecturas de control en un solo modelo ejecutable.

System Modeler es el entorno principal de simulación de sistemas para modelar la arquitectura completa de transferencia de agua, incluyendo:

• flujos entrantes de la red
• tanques y reservorios
• secciones de tuberías largas y cortas
• estaciones de bombeo con operación de velocidad variable
• dispositivos de protección tales como recipientes de expansión
• la arquitectura de control asociada

En la etapa temprana de diseño, System Modeler se utiliza para construir un modelo hidráulico parametrizado de ejecución rápida en el que los diámetros de tuberías y las configuraciones de bombas se tratan como variables de diseño. Indicadores clave de rendimiento como consumo de energía (OPEX), costo de construcción (CAPEX) y huella de CO₂ se calculan directamente a partir del modelo del sistema.

Para realizar estudios de diseño a gran escala, el modelo de System Modeler se acopla con los flujos de trabajo numéricos y de optimización de Wolfram Language. Esta integración permite ejecutar el modelo miles de veces automáticamente, habilitando la optimización multiobjetivo de diámetros de tuberías y configuraciones del sistema.

Más allá del estado estacionario y el rendimiento a largo plazo, System Modeler también se utiliza para simular escenarios transitorios, como un apagón completo de múltiples bombas. La inercia de las bombas, el comportamiento del motor y la dinámica de las tuberías se incluyen para evaluar el riesgo de presiones subatmosféricas y colapso de tuberías, y para evaluar medidas de mitigación como recipientes de expansión.

Finalmente, el mismo modelo de System Modeler se extiende con lógica de control para regular niveles de tanques y operación de bombas. Simulaciones que cubren hasta 20 días de datos reales de entrada se ejecutan en menos de un minuto, identificando inestabilidades de control y ajustando parámetros de controladores, que además se optimizan automáticamente usando Wolfram Language.

Beneficios

Al usar System Modeler como un eje central unificado de simulación de sistemas, SUEZ puede:

• optimizar diámetros de tuberías y configuraciones de bombas basándose en el costo total del ciclo de vida y el impacto ambiental
• comparar rápidamente modelos alternativos de bombas y estrategias de operación de múltiples bombas
• identificar y mitigar riesgos hidráulicos como condiciones de vacío después del apagado de bombas
• validar y ajustar arquitecturas de control antes de la puesta en marcha

El acoplamiento estrecho entre System Modeler y Wolfram Language permite optimización automatizada a gran escala y estudios de parámetros, transformando modelos de sistemas en activos de ingeniería reutilizables tanto para diseño como para toma de decisiones operativas, mientras reduce significativamente el esfuerzo de resolución de problemas en comparación con pruebas in situ.