La ingeniería de simulación es una herramienta de gran potencial y versatilidad, empleada en el diseño, análisis y mejora continua de todo tipo de procesos productivos sin importar la complejidad de los mismos.

Esta tecnología se basa en descomponer cualquier problema en una representación simplificada de la realidad, utilizando un modelo formado por un conjunto de ecuaciones, funciones y/o fórmulas matemáticas para predecir el comportamiento de los distintos fenómenos físico-químicos implicados. Debido a esta capacidad de previsión, es un instrumento de mucho valor añadido en la industria, donde es utilizado para realizar ensayos virtuales en una fase temprana del diseño de producto, disminuyendo el coste y tiempo necesario de realizar este tipo de cambios en fases más avanzadas con prototipos y ensayos materiales.

Ilustración 1: El impacto de la simulación estratégica en la rentabilidad del producto (Fuente: Aberdeen Group).

Entendiendo la ingeniería simulación como una metodología científica, esta herramienta debe aplicarse siguiendo un procedimiento riguroso para obtener resultados confiables:

  1. Definición del sistema, descomposición de la problemática.
  2. Formulación del modelo, representación simplificada de la realidad en base a modelos matemáticos.
  3. Verificación, comparación y comprobación de los datos obtenidos entre la simulación y los datos reales.
  4. Interpretación y aplicación de los datos obtenidos.
  5. Documentación descriptiva de los pasos seguidos.

Actualmente, nuevas tecnologías disruptivas como el internet de las cosas (IoT), el cloud computing o el big data, facilitan el acceso a este tipo de herramientas a cualquier tipo de empresa; permitiendo además, desarrollar modelos que representan mejor la realidad al poder trabajar y adquirir un mayor número de datos.

Los sectores en los que puede ser de aplicación la ingeniería de simulación son muy variados, algunos de ellos son: aeroespacial, marino, automoción, biomédico, ingeniería civil, industria energética, etc.

En pleno advenimiento de la Industria 4.0, la implantación de gemelos virtuales (Digital Twin) es cada vez una técnica más extendida. Mediante la aplicación de esta herramienta, todos los equipos y elementos de las líneas de producción cuentan con una copia en el mundo virtual donde se simula todo el proceso. La simulación, una vez validada, permite el uso de los resultados obtenidos en múltiples aplicaciones:

  • Planificar y detectar errores en la producción.
  • Facilitar el mantenimiento predictivo.
  • Mejorar tiempos de fabricación.
  • Optimización estructural y de diseño de los productos.

Además de incrementar la eficiencia operacional, uno de los principales motivos para la utilización de estas técnicas es la optimización energética, ya que en muchos casos los costes de energía suponen un importante porcentaje del precio del producto final. En este sentido, el aumento de la competitividad industrial ha impulsado la realización de simulaciones energéticas para:

  • Minimizar los flujos de energía no productivos.
  • Poner en valor fuentes de calor residual.
  • La optimización energética de la producción.
  • Mejorar el confort higrotérmico en los puestos de trabajo.
  • Diseñar e implantar sistemas de generación de energía renovable.

Ilustración 2: Transferencia de calor en un evaporador de aletas y tubos atravesado por un flujo de aire a 280 K y 20,42 m/s (Fuente: EnergyLab).

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

Ilustración 4: Distribución de temperaturas dentro de la zona de producción de una factoría (Fuente EnergyLab).

lustración 5: Simulación CFD de las cortinas de aire de una cámara frigorífica (Fuente: EnergyLab).

La ingeniería de simulación energética en la industria ayuda significativamente a solventar problemas, optimizar equipos, reducir el tiempo y el coste de proyectar, permitiendo que la industria responda rápidamente, evaluando nuevos proyectos y conceptos, adecuando plantas existentes, transformando equipos y procesos, proyectando estándares industriales y favoreciendo además el cumplimiento de las normativas medioambientales. Además, es importante indicar que las energías renovables están desempeñando un papel cada vez más importante en la industria, para la generación de energía eléctrica y/o térmica, y es de nuevo donde la ingeniería de simulación energética es esencial para que las fábricas desarrollen nuevos equipos de producción de energía renovable y mejoren la fiabilidad y el rendimiento de los sistemas existentes, acelerando el proceso de desarrollo e introduciendo las tecnologías renovables rápidamente en la industria, minimizando el tiempo, costes y otros recursos invertidos en prototipos experimentales.

Por tanto, la ingeniería de simulación energética se presenta como uno de los ejes principales (Simulación) de la industria 4.0, aumentando la productividad de las empresas y dotándola de ventajas competitivas, lo que conlleva a la reducción de costes de implantación y optimización de la demanda energética que permiten beneficiarse del resto de ejes entorno a los que se articula la nueva industria 4.0.

Eduardo Rodríguez Fernández-Arroyo

Responsable del Área de Industria y Edificación Sostenible

Lucía Poceiro Soliño

Técnico Investigador del Área de Industria y Edificación Sostenible

Diego Quiño y Peña

Técnico Investigador del Área de Industria y Edificación Sostenible