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Esta entrada de blog es la Parte 1 de una serie de blogs para abordar sus retos de Sostenibilidad con un gemelo digital multifísico. En la Parte 2 se tratan aplicaciones adicionales con una visión más amplia de todas las capacidades de las que puede beneficiarse para alcanzar los objetivos de Sostenibilidad en su empresa.
El calentamiento global y el cambio climático afectan directamente a la forma en que hacemos negocios hoy en día. La transición energética y la sostenibilidad son tendencias que afectan tanto a los consumidores como a la industria.
En el caso de la industria, las cifras son bastante elevadas ya que representa directamente 1/3 de la energía consumida & el 20% de las emisiones de carbono. El resto está relacionado con otras actividades como la agricultura, la construcción o los servicios comerciales, etc.
El desarrollo de productos y procesos sostenibles en todas las industrias introduce nuevos retos para los fabricantes, además de las demandas tradicionales de bienes de alta calidad, asequibles, personalizados e individualizados, agravadas por la creciente presión de los costes y las interrupciones en las cadenas de suministro. En particular, las empresas se están dando cuenta de que un 80% significativo del impacto de la sostenibilidad de un producto se configura durante la fase inicial de concepción. Para abordar esta cuestión, resulta imperativo aprovechar un gemelo digital basado en la física. Esta herramienta de ingeniería ofrece una representación virtual que simula con precisión la física y el comportamiento del mundo real, proporcionando una visión de las complejas interdependencias entre atributos no lineales.
A medida que los fabricantes evolucionan sus criterios empresariales y sus procesos de toma de decisiones para comprometerse con una perspectiva sostenible. Es realmente una nueva oportunidad.
La sostenibilidad se está convirtiendo en una licencia para operar
Estamos superando el punto en el que la atención a la sostenibilidad era casi una mera revista de lustre que acompañaba al informe anual. Es el derecho a interactuar con clientes potenciales y clientes, con muchas oportunidades de conseguir nuevos tratos.
La sostenibilidad ha pasado de ser una opción o una estrategia de marketing a convertirse en un requisito fundamental para las empresas. El cambio hacia la sostenibilidad ya está aquí. Los clientes, los inversores y los reguladores exigen transparencia y responsabilidad a las empresas en lo que respecta a su impacto medioambiental. Un rápido vistazo a la agenda gubernamental y a la página web de las 500 empresas más importantes del mundo revela la importancia de la agenda de sostenibilidad: «compromisos netos cero», el «flujo de capital», la «escasez de recursos» y la «economía circular».
En el mundo de la ingeniería, cada vez se es más consciente de que una parte importante del impacto de la sostenibilidad del producto se configura durante la fase inicial de conceptualización. El acto de equilibrar el rendimiento y la sostenibilidad es un problema multifísico y mostraremos a través de varias aplicaciones cómo Simulación de sistemas Simcenter puede ayudar a la transición hacia estos nuevos requisitos en diversos sectores industriales.
Podemos observar la evolución de la Simulación de Sistemas a lo largo del tiempo en 3 grandes etapas.
01.- La Simulación de Sistemas comenzó hace mucho tiempo con las «Prestaciones».
02.- luego se amplió a «Controles» hace algún año.
03.- ahora el cambio es hacia la «Sostenibilidad», que es efectiva a partir de hoy
Si afinamos algunos de los retos que pueden abordarse con la Simulación de Sistemas en relación con la sostenibilidad, podríamos enumerar estos nueve retos.
Comprender y optimizar la eficiencia del sistema es crucial para reducir la utilización y las pérdidas de energía. Evitar o minimizar los residuos y garantizar el reciclaje y la reutilización de los productos fomenta la sostenibilidad. Esto implica no sólo minimizar los residuos materiales, sino también centrarse en el uso eficiente y el reciclaje de la energía.
Al abordar el reto de la sostenibilidad, las empresas pueden adoptar materiales alternativos o bioecológicos (el que más me gusta) para evitar los vertederos. La simulación puede ayudar a comprender y estudiar el impacto del cambio de material en el proceso existente.
A continuación, mientras se optimiza la red de infraestructuras o el uso de energías renovables y la neutralidad de los recursos, es decir, edificios, centros de datos y fábricas más ecológicos, así como para la gestión de recursos con agua, energía, fluidos, petróleo, … la simulación de reducción de emisiones y contaminantes proporciona una visión temprana y prevé la optimización según los requisitos individuales.
En realidad, utilizar el gemelo digital para abordar el objetivo sostenible no es nuevo. En Siemens empezamos en 2009-2011, quizá demasiado pronto entonces, con PICANOL para proyecto de ahorro energético en telares, fundado por la Comunidad Europea. Se denominó ESTOMAD que significa «Herramientas de software energético para el diseño sostenible de maquinaria».
Este exitoso proyecto permitió PICANOL diseñar los «telares más eficientes energéticamente del mercado«
Después desplegamos este enfoque en muchas otras industrias. Sólo hay que recordar que la simulación de sistemas es muy adecuada para abordar los retos de sostenibilidad de la industria. Especialmente con Simcenter Amesim, ya que incluye por defecto los intercambios de potencia/energía para todos los componentes de los gemelos digitales.
Identificamos estos cinco segmentos que se corresponden con las industrias habituales que conocemos. Con especial atención a las fábricas termoindustriales o de alto consumo energético, ya que vemos muchas peticiones de más sostenibilidad procedentes de estas empresas.
Pasemos a un caso práctico de uso real de las industrias para entender de qué se trata.
Presentaremos rápidamente dos ejemplos con clientes:
- El material bio/ecológico para envasadoras. Se trata de envases de plástico de base biológica.
- La gestión de recursos con Centros de datos. Se trata del ahorro de energía para las infraestructuras de refrigeración.
🏭📦🥡 El cambio de los materiales plásticos para utilizar en su lugar biomateriales tiene un impacto directo en las máquinas de envasado, no debe reducir o detener la producción. De ahí la necesidad de comprobar que estas máquinas envasadoras siguen comportándose correctamente con sus gemelas digitales y, en caso contrario, la necesidad de realizar adaptaciones con la calibración del modelo para garantizar el rendimiento del producto.
♻️⚡️🌡 Introduzcamos ahora otro caso de sostenibilidad con un infraestructura de refrigeración de un centro de datos de 3 plantas. El gemelo digital ayuda a cumplir los requisitos, y la simulación virtual del sistema real permite validar el desarrollo del software (controlador). Así que al final, la energía puede reducirse significativamente, también el refrigerante en seco. Aquí tiene un seminario web en el que profundizamos en cómo la simulación puede mejorar la refrigeración de los centros de datos.
Bien hecho, podemos entender mejor la sostenibilidad con estos 2 ejemplos sobre el impacto de los materiales bio/ecológicos y el ahorro energético en los centros de datos. Pasemos ahora al tema de la eficiencia.
La ambición aquí es obtener una visión clara de las métricas de eficiencia para todos los subsistemas en las plantas o maquinaria industrial, como lo que está disponible hoy en día para los electrodomésticos con las etiquetas ecológicas (clases de la A a la G, vista en color). En realidad es algo que ya se puede hacer desde hoy en Simcenter Amesim.
🏭♻️🎯💧 Podemos extraer toda la información a nivel de sistema, subsistemas o componentes. Así podemos optimizar las máquinas de producción para aumentar su eficiencia. Por ejemplo, con el prensa hidráulica donde algunas variantes de diseño, la introducción de un motor de velocidad variable o de un acumulador hidráulico supone un importante ahorro de energía.
Hasta los controles, por ejemplo, los ajustes del PID pueden optimizarse para evitar oscilaciones, es decir, pequeños consumos de energía en ralentí, que con el tiempo se convierten en importantes pérdidas de energía. Tiene un interés real en el contexto del ahorro energético, pero también del aumento del precio de la energía que repercute en los OPEX (gastos de explotación) frente a los CAPEX (gastos de capital).
El otro ejemplo siguiente es la eficiencia energética del proceso de vulcanización de un neumático de bicicleta. Es un ejemplo interesante ya que todo el mundo tiene una bicicleta, o podría imaginar que es un artículo ecológico para el transporte.
🏭🌱🚴 Pero ¿sabe que la eficiencia del proceso es sólo del 1%, perdiéndose mucha energía? En realidad hay vapor que infla el neumático para la vulcanización, pero es realmente ineficiente. Los autores recomiendan pasar a la electrificación, lo que requeriría cierta simulación y análisis para garantizar que las adaptaciones siguen siendo correctas para las nuevas máquinas de producción electrificadas.
Concluyamos ahora con este último ejemplo de una horno de cerámica – Instalación de 80 metros de largo (43 módulos de 2,1 m cada uno). Es bien sabido que se trata de un proceso que consume mucha energía.
🏭 🌡️🔥 Gracias a Simcenter Amesim, el cliente pudo predecir con precisión la distribución de la temperatura sobre los módulos, incluido el quemador térmico de gas para proporcionar la potencia térmica. Finalmente consiguieron un 10% de ahorro de combustible, lo mismo que de CO2, gracias a un nuevo quemador de recuperación de calor en el que el aire caliente se reinyecta a la entrada del quemador. Es impresionante, ¿verdad?
En resumen, adoptar la sostenibilidad en el desarrollo y la fabricación de productos requiere un enfoque estratégico, consideraciones en las primeras fases y herramientas avanzadas como los gemelos digitales basados en la física para navegar por las complejidades y aprovechar la sostenibilidad como ventaja competitiva.
Idealmente, los casos de uso de aplicaciones reales tratados en el blog ofrecen una buena visión general de cómo las soluciones del sistema Simcenter pueden ayudar a tener éxito a la hora de abordar sus objetivos de sostenibilidad. Leamos ahora la Parte 2 de esta serie de blogs para obtener información más detallada sobre otras aplicaciones, desde componentes sostenibles/electrificados hasta la simulación en operaciones. Esto abre nuevas vías para la innovación en el campo de la sostenibilidad.
Y, por favor, recuerde esta definición básica «El desarrollo sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades», ¡qué gran ambición!
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