Hoy te voy a mostrar un ejemplo de aplicación industrial de un gemelo digital con co-simulación: un acueducto a escala que construimos como planta de referencia para demostrar cómo trabajan juntos Arvantti-Emulator®, Arvantti-DigitalTwin® y Arvantti-Fractal®. Es una planta de demostración con datos estimados plausibles, no una instalación real, y te voy a contar con honestidad qué funciona hoy, qué está en validación y qué viene después. Arvantti Labs es una marca de Sequoia Space.

Este es el recorrido. Primero, el reto de operar una red de agua y la planta a escala que lo reproduce, con su regla de servicio. Segundo, cómo funciona: el emulador con PLC virtual, el gemelo 3D, la sala de control y los estudios de Arvantti-Fractal®. Tercero, lo que comprobamos en las pruebas. Cuarto, qué puede ganar un operador de acueducto. Y quinto, los próximos pasos.

Antes del ejemplo, así se conectan las piezas. A la izquierda está la capa de la realidad: la planta real, o, si la planta todavía es un proyecto, Arvantti-Emulator®, un algoritmo de cálculo que la emula. La realidad no se comunica directo con el gemelo digital; pasa por el control. Ese control puede ser un PLC real, un PLC virtual dentro del emulador, o incluso no haber PLC sino un sistema de programación de producción, como tablas de Excel o un software con las secuencias y hojas de ruta. Esos datos, reales o emulados, llegan por OPC UA a Arvantti-DigitalTwin®, el gemelo digital, que los muestra en 3D en tiempo real: pasado y presente. Además, el gemelo se conecta con el co-simulador: recibe las señales del PLC, las calcula y muestra sobre el mismo gemelo el presente y el futuro al mismo ritmo de la operación. También puedes cambiar un parámetro del escenario, no del PLC sino de la co-simulación, y ver cómo se vería ese futuro. Hasta ahí no hay optimización. Lo más potente viene después: el co-simulador le entrega esos escenarios a Arvantti-Fractal®, el motor de optimización agnóstico. No le importa si los datos vienen del gemelo, del emulador o de una tabla de Excel: analiza los escenarios según la función de optimización que se le pide y devuelve los parámetros del mejor escenario, que se visualiza en el gemelo digital. Al final decide una persona: tu equipo revisa ese escenario y decide si lo lleva a la planta, a través del PLC. Arvantti-Emulator®, Arvantti-DigitalTwin® y Arvantti-Fractal® son marcas registradas de Arvantti Labs.

Cualquier operador de acueducto vive con cuatro tensiones. La presión: si falta, la vivienda más lejana o más alta se queda sin agua; si sobra, la red pierde más por fugas y se desgasta. Las fugas: pérdidas técnicas, fraudes y conexiones ilegales, es decir, agua que se bombea y no se factura. La demanda variable: el consumo cambia a lo largo del día, y la presión adecuada de la madrugada no es la del mediodía. Y la energía de bombeo: cada metro de presión que se bombea de más se paga y luego se disipa en la estación reguladora. La pregunta diaria es cuánta presión es suficiente, y no más. Ese es el problema que reproduce nuestra planta a escala.

Es un ejemplo demostrativo. Esta es la planta: un banco de pruebas a escala, montado en un edificio, que reproduce el acueducto de una ciudad. Dos bombas multietapa en paralelo elevan el agua a al menos 70 metros de columna de agua, con picos hasta 80. Mca significa metros de columna de agua; 10 mca son aproximadamente 1 bar. La estación reguladora baja esa presión antes de entrar a la red, por una rama automática o por una manual. La red es una rejilla de cuatro niveles con 16 casas por nivel, 64 en total, cada una con su válvula de consumo, más dos válvulas de fuga por nivel, ocho en total, que representan pérdidas técnicas, fraudes y conexiones ilegales. Entre niveles hay válvulas de regulación. Y el agua recircula: cae a canaletas, baja a los tanques de retorno y las bombas de recirculación la suben de nuevo al tanque de bombeo. Importante: es una planta de referencia con datos estimados plausibles, no una instalación real. El enlace Ver en 3D abre la planta en digitaltwin.arvantti.online; conviene comprobar que abra antes de la reunión.

La regla de servicio es la misma que aplicaría una empresa de acueducto real. No se trata solo de la presión a la salida de la estación reguladora, sino de la casa más crítica de toda la red, normalmente la más lejana o la más alta: nunca debe bajar de 15 metros de columna de agua, más o menos 1,5 bar. El control automático apunta a 15,45 mca, es decir, un 3 % de margen sobre el mínimo. El bombeo entrega al menos 70 mca y la estación reguladora baja lo que sobra. Hay alertas escalonadas en la casa crítica a 20, 18 y 15 mca, y la pantalla distingue objetivo, advertencia, alarma y violación del mínimo. Con esto la demostración muestra la gestión de presión: menos presión de sobra, menos fugas, sin dejar a nadie sin servicio.

Así funciona la co-simulación, con tres productos, todos marcas registradas de Arvantti Labs. Primero, Arvantti-Emulator®: calcula la hidráulica de la red y produce las señales que recibiría un PLC real; el PLC virtual ejecuta el plan de 24 horas y los mandos permitidos. Lo usamos cuando la planta aún es un proyecto o cuando hace falta emular las señales de campo. Segundo, Arvantti-DigitalTwin®: la planta en 3D se mueve con los datos del PLC, guarda el historial y muestra el futuro simulado aparte, sin mezclarlo con la operación. Tercero, Arvantti-Fractal®: una calculadora hidráulica propia e independiente, que no usa el emulador; lee las señales del PLC en solo lectura, proyecta 24 horas, compara el plan actual con alternativas y recomienda. La decisión es del operador: acepta o rechaza, y solo entonces el PLC aplica el ajuste. Arvantti-Fractal® nunca escribe directamente sobre el PLC. En esta demostración el PLC está virtualizado; el mismo esquema se conectaría a un PLC real en solo lectura.

Cada escenario diario se describe con 24 puntos horarios, y el emulador pasa de un punto al siguiente de forma gradual y continua, sin escalones instantáneos. El ejemplo de la gráfica es el escenario progresivo inicial: las casas arrancan al 30 % de apertura, suben hasta el 100 % a las 12:00 y vuelven a bajar; mínimo, máximo y hora pico son configurables. La demanda se edita de tres formas: global, con la misma apertura para las 64 casas; por nivel, con una apertura para cada uno de los cuatro niveles; o por casa, con una apertura individual. También hay un modo de demanda aleatoria reproducible por semilla, que nunca toca las fugas, y plantillas de operación versionadas además de escenarios propios. La gráfica es ilustrativa de la forma del perfil, no una medición.

Esta es la sala de control del acueducto, alimentada por el PLC virtual de Arvantti-Emulator®. En una sola pantalla ves el perfil de presión y caudal desde la salida del bombeo, pasando por la estación reguladora y cada nivel, hasta la válvula crítica; los niveles, entradas y salidas de los tanques; las bombas con su caudal, velocidad del variador, presiones y potencia; la estación reguladora en automático o manual; las 64 casas con apertura, presión y caudal, con la más crítica resaltada en vivo; y las alarmas, eventos y tendencias de 24 horas. Todo dato y todo control está marcado como simulado: aquí no hay conexión ni escritura a un PLC físico. El mismo esquema está pensado para conectarse a un PLC real en solo lectura.

Arvantti-Fractal® hace estudios de futuro a partir de lo que publica el PLC. La proyección base responde qué pasa en las próximas 24 horas si se ejecuta el plan del PLC tal cual. El escenario alternativo responde qué pasa con un cambio hipotético del operador, por ejemplo en la demanda o en la estación reguladora, y se compara con la base. El futuro se muestra en el 3D como una vista aparte, translúcida y rotulada como futuro simulado, no aplicado, para que nunca se confunda con la operación. El gemelo también guarda el historial: puedes revisar horas pasadas sin pausar ni rebobinar el PLC. El reloj corre por defecto a ×240: una hora simulada cada 15 segundos reales, un día en seis minutos. La optimización, que propondría el mejor plan que cumpla la regla de servicio, es el próximo paso y hoy está apagada a propósito, hasta validar el pronóstico. Ningún estudio cambia la operación por sí solo.

Para confiar en Arvantti-Fractal® lo comparamos contra el emulador, que hace de realidad. A la izquierda, presión: en un escenario de prueba con la estación en automático y un objetivo de 18 mca en la casa más lejana del nivel 4, revisamos las 64 casas cada segundo durante 24 horas. Ninguna bajó de 15 mca; la mínima fue 17,52. Fractal evaluó además 72 casos, las 24 horas con demanda al 90, 100 y 110 %, y todos quedaron sobre 15 mca. Las curvas de presión por piso de ambos modelos difieren menos de una centésima de mca. Esta vista aumenta el zoom sobre la diferencia entre la operación real, la co-simulación y la optimización. A la derecha, tanques: esta vista permite visualizar las discrepancias entre el plan y la operación real. En la corrida continua de 24 horas el nivel del tanque de suministro se separó hasta 34,27 puntos porcentuales en la hora 18. No falta agua: el volumen total de los tres tanques es casi igual en ambos modelos; lo que cambia es el momento en que arranca y para la recirculación. La gráfica de la derecha es del escenario de punto crítico, con un desfase del mismo tipo. Son resultados de modelo, no mediciones de una instalación física.

¿Qué puede ganar un operador de acueducto? Hablo de potencial, no de resultados medidos. Primero, menos presión de sobra: al regular por la casa más crítica y no por la salida de la estación, se puede bajar la presión cuando la demanda cae, con menos fugas y menos energía de bombeo, sin dejar a nadie sin servicio. Segundo, anticipar: ver las próximas 24 horas antes de que ocurran. Tercero, decidir con datos: comparar el plan actual con alternativas antes de mover nada. Y cuarto, sin riesgo para la operación: la conexión es de solo lectura y la decisión siempre es de tu equipo. Como referencia, en el modelo de la planta a escala, la rama automática de la estación redujo las fugas 6,4 % frente a la rama manual con la salida fija del día. Es un resultado de simulación sobre datos estimados, no una medición; el impacto en tu red se estima en un diagnóstico.

Estos son los próximos pasos. Uno: validar los tanques, repitiendo la corrida de 24 horas con la muestra estable del PLC y cerrando la diferencia en los niveles. Dos: lograr la velocidad ×240 en vivo con física completa; hoy el día completo a esa velocidad se reproduce precalculado. Tres: conectar un PLC real en solo lectura, mapeando tus señales al modelo. Y cuatro: la puesta en marcha en un sector de tu red, donde validamos el pronóstico con datos reales y solo entonces encendemos la optimización de Arvantti-Fractal®. Si tu red o tu planta todavía es un proyecto, empezamos con Arvantti-Emulator® y su simulación de PLC virtual. Todas son marcas registradas de Arvantti Labs.

Cerramos con una pregunta abierta: ¿qué sector de tu red quieres ver antes de que pase? A partir de tu respuesta proponemos el alcance del primer paso con Arvantti-Emulator®, Arvantti-DigitalTwin® y Arvantti-Fractal®. Mis datos de contacto quedan en pantalla: Andrés Quiceno, CTO de Ingeniería, [email protected], y los sitios y páginas de LinkedIn de Arvantti Labs y Sequoia Space.