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Esta entrada de blog es la Parte 2 de una serie de blogs para abordar los retos de Sostenibilidad de la industria con Simulación de Sistemas Simcenter . En la anterior Parte 1 se presenta una rápida visión general con explicaciones de por qué la Simulación es realmente apropiada para abordar los retos de la Sostenibilidad.
En este blog vamos a explorar cómo la simulación ayuda a abordar los retos de Sostenibilidad de los proveedores de componentes, es decir, todo lo que va desde engranajes, bombas, compresores, se extiende hasta las energías renovables y el ahorro energético, o la simulación en las operaciones. Todos ellos contribuyen a alcanzar los objetivos de sostenibilidad de su empresa. Echemos un vistazo juntos para comprender cómo la Simulación de Sistemas puede ayudarle en este sentido.
La sostenibilidad abarca una amplia gama de temas que se adaptan a diversos perfiles de usuarios, y va más allá de los sistemas integrados y la maquinaria de producción para incluir componentes individuales integrantes de productos inteligentes. Si se examinan con detenimiento, prácticamente todos los componentes de la maquinaria tienen implicaciones para la sostenibilidad. Abordar estos retos en una fase temprana del proceso de diseño tiene el potencial de transformarlos en una ventaja competitiva sostenible mediante una comprensión más profunda de la física funcional implicada.
En la práctica, vemos que la simulación de sistemas se adapta bien a todos los componentes. Afecta a engranajes, bombas, compresores, intercambiadores de calor, etc.
💧🌡⚡️ Puede ver que siempre aparece el tema de la «eficiencia energética» al diseñar o actualizar estos componentes. Para los componentes hidráulicos/neumáticos, los termohidráulicos o de flujo bifásico, o los sistemas electromecánicos. Con algunos movimientos adicionales hacia componentes electrificados.
En pocos segundos de ejecución, la simulación de sistemas puede proporcionar métricas sobre pérdidas de potencia, eficiencias o ahorro de energía, por lo que es fácil investigar múltiples escenarios. La simulación también puede ayudar a justificar la inversión en mejores componentes, a comprar productos más eficientes que suelen ser más caros, o a cambiar a componentes electrificados que requieren algunas adaptaciones.
⚡️🌡🔋 Prácticamente, podemos pensar en bombas de engranajes electrificadas, o ventiladores eléctricos o cualquier otro componente para sustituir sus componentes heredados. Se puede investigar la gestión térmica de las máquinas eléctricas, hasta el agotamiento de la batería para garantizar la seguridad y evitar el riesgo de incendio. Todos estos aspectos deben comprobarse formalmente durante su viaje hacia la sostenibilidad para convertir los componentes que ha estado utilizando durante años en componentes más eficientes o electrificados. Ahí es donde la digitalización es de gran ayuda y marca la diferencia con otros enfoques tradicionales.
Veamos ahora las energías renovables y el ahorro energético. Sólo decir que tenemos una aplicación energética de este tipo con Simcenter Amesim. Por ejemplo con el Producción ecológica de hidrógeno.
♻️💧⚡💰 Podemos predecir en pocos segundos la distribución de la producción de hidrógeno a lo largo de meses gracias a turbinas eólicas, paneles solares, convertidores de energía de las olas y un electrolizador para almacenar energía en los depósitos de hidrógeno. Al final, se produce energía verde que puede utilizarse para sus máquinas de producción o las instalaciones de su planta, de modo que su huella de carbono se reduce significativamente.
♻️⚡🔌 También podemos ir más por el lado eléctrico, con este gemelo digital de una microrred verde basada en hidrógeno. El objetivo es optimizar la eficiencia global del sistema teniendo en cuenta la gestión térmica. Puede comprobar su mezcla energética (solar, electrolizador, combustible, pila, batería, …) durante meses. Para comprobar finalmente que es compatible con la carga eléctrica, y que se puede suministrar correctamente a la red.
☀️⚡🌻🌏 Incluso puede plantearse utilizar paneles solares para producir electricidad con energía solar, que puede almacenarse en baterías con BESS (sistemas de almacenamiento de energía en baterías). El gemelo digital puede ayudar a encontrar los ajustes óptimos para dimensionar los paneles solares en función de su ubicación GPS (si se encuentra en Tokio, Berlín, Madrid o Detroit) con diferentes irradiancias solares, condiciones meteorológicas, …) para simular si es suficiente para suministrar electricidad suficiente para todas sus fábricas en función de las estaciones o durante los diferentes meses del año.
🚢🐟 Para el transporte marítimo cuando envíe su producción a diferentes países del mundo, puede considerar la posibilidad de reequipar buques de carga con rotores Flettner para mejorar la propulsión. Es una forma de aumentar el ahorro de combustible y conseguir una reducción significativa de las emisiones de CO2 con sólo una pequeña inversión.
Incluso puede estudiar el influencia de las condiciones de la ruta marítima (buen tiempo, mal tiempo) y la velocidad del barco (lenta, rápida) en el tiempo de viaje, el ahorro de combustible y las emisiones de CO2.
Sólo decir que la Simulación de Sistemas es perfecta y muy apropiada para alcanzar logros agradables para la sostenibilidad en su empresa.
Todo el mundo está bastante impresionado por todas estas capacidades para obtener grandes resultados. Pero no sólo durante el proceso de ingeniería del producto con la «Simulación para el diseño» puede beneficiarse de las capacidades de la Simulación de Sistemas para alcanzar objetivos de sostenibilidad, sino también a través de la «Simulación en operaciones», donde se pueden alcanzar importantes logros prácticos directamente in situ, cerca de los dispositivos de hardware.
La técnica de «Simulación en Operaciones» ayuda a aprovechar el modelo de simulación construido durante la fase de diseño para disponer de conocimientos durante el funcionamiento de la máquina o en servicio. Ya sea con Edge computing o con Cloud computing.
He aquí un ejemplo de » Simulación en operaciones » con un Gemelo Digital Ejecutable (xDT). Se trata de un bomba de calor industrial para distritos con control predictivo de modelos (MPC).
🏘️🌡️♻️🔥 Prácticamente es un ciclo combinado de turbina de gas (CCGT) con una bomba de calor añadida, también un acumulador. Es ejecutado en tiempo real, utilizando un enfoque mixto. entre los datos transmitidos sobre el terreno y los resultados del modelo de simulación dinámica. Así, permite predecir en tiempo real el comportamiento futuro para poder beneficiarse de las fuertes fluctuaciones del precio de la energía y de los perfiles de producción. Con una reducción significativa de los OPEX (gastos de explotación). En la práctica, se trata de software (controlador) y hardware (plantas) en un sistema real.
También podemos imaginar otros casos de uso en operaciones. Por ejemplo, con la inteligencia artificial (IA), donde los gemelos digitales pueden ayudar a generar una gran cantidad de datos sintéticos. Así se sustituiría la generación de datos con dispositivos de hardware en operaciones, que hay que repetir hasta encontrar un nuevo escenario, en línea. Las simulaciones de alta fidelidad pueden imitar rápidamente el comportamiento del hardware y generar los datos necesarios y reducir los costes, investigando muchos escenarios en pocos segundos de ejecución. De este modo, los datos virtuales pueden complementarse con los datos operativos reales, para entrenar los algoritmos de IA por adelantado, fuera de línea.
Para concluir, podemos ampliar el alcance de la simulación de sistemas para ayudar a alcanzar los objetivos de sostenibilidad, hasta una producción sostenible a nivel de fábrica. Normalmente, los clientes tienen interés en obtener métricas para su transparencia de CO2, para optimizar su gestión energética o para saber mejor cómo utilizar las energías renovables in situ.
🏭🚗🚚 Apunte a la neutralidad de carbono de su fábrica, implementando energías renovables o carretillas elevadoras con pilas de combustible de hidrógeno, baterías o comprometiéndose con la electrificación de procesos. Hay muchas opciones tecnológicas disponibles. Sin duda, la simulación de sistemas puede aportar ideas para seleccionar las mejores opciones, sistemas de almacenamiento y configuraciones de planta, optimizando al mismo tiempo el coste de funcionamiento. También se pueden tener en cuenta los edificios industriales, su HVACR o los sistemas circundantes para ser más sostenibles. Ayuda a tomar decisiones estratégicas para la transición de sus plantas de montaje o instalaciones para alcanzar operaciones neutras en carbono. ¡Qué gran objetivo!
Ha llegado el momento de resumir las principales ventajas de utilizar la simulación de sistemas para la sostenibilidad.
- Avance en sus actividades de Sostenibilidad, ya que las soluciones de Simulación de Sistemas Simcenter ofrecen todas las capacidades out-of-the-box necesarias: las herramientas de análisis de energía/potencia, para comprobar el impacto de los biomateriales, para minimizar los recursos, …
- Aborde los nuevos retos o requisitos con la Simulación de Sistemas a medida que las industrias cambian hacia opciones más sostenibles.
- También existen algunas certificaciones como la ISO 50’001 y algunas otras que ayudan a las organizaciones a integrar la sostenibilidad en sus operaciones diarias.
- Por último, considere una buena comprensión de las expectativas, considerando los objetivos ecológicos con el ahorro de energía, no sólo con el ahorro de costes. En tal caso, la simulación de sistemas es muy apropiada para tener éxito.
Si se la ha perdido, lea la Parte 1 de esta serie de blogs para obtener una visión general de cómo la Simulación de Sistemas ayuda a tener éxito en su viaje hacia la Sostenibilidad gracias a la digitalización.
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