Caso de estudio 01 / 17Ciencia de datos
Gemelo 3D verificable para simular derrames de tuberías y canales
Gemelo en el navegador que muestra por dónde avanza una descarga sobre terreno real, cuánto llega al agua y cuán cierto es cada resultado.
Stack
- JavaScript
- Node.js
- CesiumJS
- WebGL
- Copernicus DEM
- OpenStreetMap
- Chrome DevTools Protocol
- Azure App Service
01 · Cómo funciona
- HoyaModificado en este trabajo
- Flujo de datos
Qué hace
Un gemelo digital 3D en el navegador de un sistema de tuberías y un canal que transportan un fluido denso, cargado de sólidos. Responde la pregunta operativa detrás de cualquier descarga: por dónde avanza el fluido sobre el terreno real, hasta dónde llega y con qué espesor se deposita, cuánto queda en el suelo, cuánto llega al agua y cuándo.
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Como su ingeniero, extendí la física para contabilizar la llegada al agua y la forma del depósito, hice visible la incertidumbre numérica y construí los instrumentos que verifican el motor.
7 conexiones· elige un componente para ver su recorrido
- Fuga o desborde a Motor de alcance: caudal y volumen liberado
- Terreno + mapa de agua a Motor de alcance: pendiente por celda, agua
- Motor de alcance a Reparto suelo / agua: suelo hasta llegar al agua
- Motor de alcance a Bandas malla + fluencia: repite con paso ½× y 2×
- Motor de alcance a Controles de física: 20 fórmulas, celda a celda
- Reparto suelo / agua a Mapa 3D: depósito + río alcanzado
- Bandas malla + fluencia a Mapa 3D: rango junto al valor
02Resultados
- R01Cuanto más alto, mejor
Tramos de ladera con reparto suelo/agua visible (de 34)
Antes 0, después 29, desde 0. Cuanto más alto, mejor.AntesDespués - R02Cuanto más alto, mejor
Casos sensibles a la malla señalados en pantalla (de 21)
Antes 0, después 21, desde 0. Cuanto más alto, mejor.AntesDespués - R03Cuanto más bajo, mejor
Depósitos estirados al ancho máximo (de 34 tramos)
Antes 9, después 0, a cero. Cuanto más bajo, mejor.AntesDespués
Qué logró
- Contabilidad del agua: descargas que llegan al agua dibujadas y contadas en 0 de 34 tramos de ladera → 29 de 34, con el reparto suelo/agua y el río seguido aguas abajo
- Forma del depósito en pendientes abiertas: 9 de 34 tramos estirados hasta el ancho máximo → 0, con una regla de abanico medida fuera del motor antes de construirla
- Incertidumbre numérica: resultados sensibles a la malla señalados en 0 de 21 casos → 21 de 21, como una banda junto a la del esfuerzo de fluencia
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- Verificación: un script aislado → 20 fórmulas derivadas a mano, controles celda por celda y huellas de repetibilidad; un motor alterado en +2 % falla 3 de 20
- Vista desde la fuga: ninguna → una cámara sobre el suelo dibujado en la fuga, mirando el recorrido, en ambas páginas
- Instrumentación: 2 de 8 páginas con marca de carga y 6 de 95 controles medidos → 8 de 8 y 95 de 95, sin dependencias nuevas
El desafío
Una herramienta de escenarios solo merece confianza si sus números resisten, y tres mediciones mostraron dónde no lo hacían. En laderas, una descarga parecía dejar de crecer tras una a tres horas; en realidad el fluido llegaba al agua y la página no lo dibujaba ni lo contabilizaba. En el caso de ladera por defecto, el 95 % de la descarga entraba a un río sin aparecer en pantalla, y 25 de los 34 tramos que alcanzan agua enviaban más de la mitad a ella.
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En pendientes abiertas, el depósito se dibujaba como una lámina de pocos milímetros, estirada hasta el ancho máximo del motor porque nada limitaba el lado de bajada. Y sobre un modelo de elevación de 30 m, 21 de 56 casos cambiaban su alcance o su área en más de 10 % al duplicar o reducir a la mitad el paso de cálculo: la grilla, no la física, podía decidir adónde iba un derrame.
Qué aprendí
Verificar no es validar. Que el motor cumpla celda por celda la fórmula de detención prueba que calcula lo que dice; no dice nada sobre si el esfuerzo de fluencia supuesto corresponde al fluido, así que ese valor sigue marcado como supuesto y con su banda. Mostré la incertidumbre numérica en vez de ocultarla: el resultado visible sigue siendo el de la malla por defecto, y la banda dice cuánto podría moverlo la grilla.
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Una afirmación anterior de que los casos de tubería convergían venía de tres casos; medida en diecinueve, seis no lo hacían, y corregí el registro. Tampoco conté el ruido como avance: las bajas del tiempo de carga durante el trabajo quedaron registradas como variación de la máquina, no como logros.
Stack
- JavaScript
- Node.js
- CesiumJS
- WebGL
- Copernicus DEM
- OpenStreetMap
- Chrome DevTools Protocol
- Azure App Service
Habilidades
- Simulación basada en física
- Modelado geoespacial
- Verificación numérica
- Cuantificación de incertidumbre
- Instrumentación de rendimiento
