A enxeñería de simulación é unha ferramenta de gran potencial e versatilidade que se emprega no deseño, análise e mellora continua de todo tipo de procesos produtivos sen importar a súa complexidade.

Esta tecnoloxía baséase en descompor calquera problema nunha representación simplificada da realidade utilizando un modelo formado por un conxunto de ecuacións, funcións ou fórmulas matemáticas para predicir o comportamento dos distintos fenómenos físico-químicos implicados. Grazas a esta capacidade de previsión, é un instrumento de moito valor engadido na industria, onde se emprega para realizar ensaios virtuais nunha fase temperá do deseño de produto, e así diminúese o custo e tempo necesarios para realizar este tipo de cambios en fases máis avanzadas con prototipos e ensaios materiais.

Ilustración 1: O impacto da simulación estratéxica na rendibilidade do produto (Fonte: Aberdeen Group).

Entendendo a enxeñería de simulación como unha metodoloxía científica, esta ferramenta debe aplicarse seguindo un procedemento rigoroso para obter resultados fiables:

  1. definición do sistema, descomposición do problema;
  2. formulación do modelo, representación simplificada da realidade sobre a base de modelos matemáticos;
  3. verificación, comparación e comprobación dos datos obtidos entre a simulación e os datos reais;
  4. interpretación e aplicación dos datos obtidos;
  5. documentación descritiva dos pasos seguidos.

Actualmente, as novas tecnoloxías disruptivas como a internet das cousas (IoT), a cloud computing ou o big data facilítanlle o acceso a este tipo de ferramentas a calquera tipo de empresa, e ademais permiten desenvolver modelos que representan mellor a realidade ao poder traballar e adquirir un maior número de datos.

Os sectores en que se pode aplicar a enxeñería de simulación son moi variados. Entre eles cabe citar o aeroespacial, o mariño, a automoción, o biomédico, a enxeñería civil, a industria enerxética etcétera.

En plena adopción da industria 4.0, a implantación de xemelgos virtuais (digital twin) está cada vez máis estendida. Mediante a aplicación desta ferramenta, todos os equipos e elementos das liñas de produción contan cunha copia no mundo virtual onde se simula todo o proceso. A simulación, unha vez validada, permite o uso dos resultados obtidos en múltiples aplicacións:

  • planificar e detectar erros na produción;
  • facilitar o mantemento preditivo;
  • mellorar tempos de fabricación;
  • optimización estrutural e de deseño dos produtos.

Alén de incrementar a eficiencia operacional, un dos principais motivos para o emprego destas técnicas é a optimización enerxética, xa que en moitos casos os custos de enerxía supón unha importante porcentaxe do prezo do produto final. Neste sentido, o aumento da competitividade industrial impulsa a realización de simulacións enerxéticas para:

  • minimizar os fluxos de enerxía non produtivos;
  • valorizar fontes de calor residual;
  • a optimización enerxética da produción;
  • mellorar o confort higrotérmico nos postos de traballo;
  • deseñar e implantar sistemas de xeración de enerxía renovable.

Ilustración 2: Transferencia de calor nun evaporador de aletas e tubos atravesado por un fluxo de aire a 280 K e 20,42 m/s (Fonte: EnergyLab).

Ilustración 3: Proceso físico-químico ocurrido en un digestor anaerobio para la producción de biogás (Fuente: EnergyLab).

Ilustración 4: Distribución de temperaturas dentro da zona de produción dunha factoría (Fonte: EnergyLab).

Ilustración 5: Simulación CFD das cortinas de aire dunha cámara frigorífica (Fonte: EnergyLab).

A enxeñería de simulación enerxética na industria axuda significativamente a solucionar problemas, optimizar equipos e reducir o tempo e o custo de proxectar, o cal permite que a industria responda rapidamente avaliando novos proxectos e conceptos, adecuando plantas existentes, transformando equipos e procesos, proxectando estándares industriais e favorecendo ademais o cumprimento das normativas ambientais. Por outra parte, é importante indicar que as enerxías renovables están a desempeñar un papel cada vez máis importante na industria no relativo á xeración de enerxía eléctrica ou térmica. Aí é tamén esencial a enxeñería de simulación enerxética para as fábricas desenvolveren novos equipos de produción de enerxía renovable e melloraren a fiabilidade e o rendemento dos sistemas existentes, acelerando así o proceso de desenvolvemento e introducindo as tecnoloxías renovables rapidamente na industria, o que permite minimizar o tempo, os custos e outros recursos investidos en prototipos experimentais.

Por tanto, a enxeñería de simulación enerxética preséntase como un dos eixes principais (simulación) da industria 4.0, aumentando a produtividade das empresas e dotándoa de vantaxes competitivas mediante a redución de custos de implantación e optimización da demanda enerxética que permiten beneficiarse dos outros eixes en que se basea a nova industria 4.0.

 

Eduardo Rodríguez Fernández-Arroyo

Responsable da Área de Industria e Edificación Sustentable

Lucía Poceiro Soliño

Técnico investigador da Área de Industria e Edificación Sustentable

Diego Quiño y Peña

Técnico investigador da Área de Industria e Edificación Sustentable