Los gemelos digitales impulsados por IA: transformando los ecosistemas industriales

La revolución tecnológica está transformando los ecosistemas industriales a través de innovaciones como los gemelos digitales impulsados por inteligencia artificial (IA). Estas herramientas permiten optimizar la demanda energética, lo que podría ahorrar hasta 2 billones de dólares anuales para finales de esta década. En este artículo, vamos a ver cómo esta tecnología puede integrarse en los clústeres industriales para mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones.

La importancia de la eficiencia energética

La transición energética está creando tensiones significativas entre la seguridad, la asequibilidad y la sostenibilidad. La eficiencia energética es crucial para alcanzar los objetivos climáticos y de desarrollo. Según la Agencia Internacional de Energía (IEA), mejorar la eficiencia energética podría reducir el consumo de energía hasta en un 31%, generando ahorros económicos significativos y evitando grandes cantidades de emisiones .

La Agencia Internacional de Energía (IEA) destaca que la eficiencia energética es una de las formas más efectivas y rentables de abordar los desafíos climáticos y de sostenibilidad. Un informe de la IEA señala que las mejoras en eficiencia energética podrían reducir el consumo mundial de energía en un 12% para 2040, evitando la emisión de hasta 12 gigatoneladas de CO2, el equivalente a las emisiones anuales actuales de China y Estados Unidos combinadas.

Casos de éxito

• Alemania: Ha implementado políticas de eficiencia energética que han resultado en una reducción del consumo de energía en un 10% desde 2008, mientras que su economía ha crecido un 15% en el mismo período.
• Japón: Después del desastre de Fukushima, Japón ha centrado sus esfuerzos en la eficiencia energética, logrando reducir su consumo de electricidad en un 15% en los últimos años mediante medidas como la modernización de infraestructuras y la promoción de tecnologías eficientes.
• España. En España, el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030 establece objetivos ambiciosos para mejorar la eficiencia energética. Se espera que las medidas implementadas reduzcan el consumo de energía primaria en un 39.5% para 2030 en comparación con las proyecciones actuales. Además, se estima que estas mejoras generarán ahorros de hasta 1.5 billones de euros y reducirán las emisiones de CO2 en 50 millones de toneladas anuales.

Impacto en el sector industrial

La eficiencia energética en el sector industrial tiene un impacto significativo. La implementación de tecnologías más eficientes en la industria podría ahorrar hasta un 20% del consumo de energía industrial mundial. Por ejemplo, la adopción de motores eléctricos de alta eficiencia y sistemas de control avanzados en procesos industriales podría reducir el consumo energético en hasta un 25%.

La revolución de los gemelos digitales

En Dynatec, la ingeniería y la innovación son nuestras pasiones. Como pioneros en la implementación de gemelos digitales a través de nuestra startup Talent Swarm estamos revolucionando la gestión de plantas industriales de agua en colaboración con Sacyr.

 

Un gemelo digital es una réplica exacta de una instalación real, diseñada para optimizar la gestión y operación de la planta de manera remota. Esta tecnología no solo mejora la eficiencia y la precisión, sino que también impulsa un futuro más sostenible y conectado.

Los gemelos digitales permiten a las empresas colaborar de manera efectiva, compartir datos y optimizar cuatro áreas clave:

• Producción: Identificar cuellos de botella, predecir necesidades de mantenimiento y optimizar procesos.
• Desperdicio: Obtener información en tiempo real sobre el uso de materiales y el consumo de energía.
• Beneficios: Tomar decisiones basadas en datos para mejorar la calidad del producto y desbloquear potenciales ocultos.
• Emisiones: Monitorizar y minimizar las emisiones para alcanzar objetivos sostenibles.

Casos reales de uso

• Dominion Energy: En los EE. UU., ha implementado un sistema de gemelo digital que comparte datos de su red con los clientes, ayudándoles a validar sus compromisos de sostenibilidad. Este sistema ha abierto nuevas fuentes de ingresos y ha mejorado la eficiencia operativa.
• City of Salem: La ciudad de Salem en Oregón utiliza la tecnología de gemelos digitales, potenciada por IA, para mantener la seguridad del agua potable. Este sistema permite predecir y mitigar amenazas ambientales, garantizando un suministro seguro de agua.
• General Electric: Ha implementado gemelos digitales para sus turbinas de gas, lo que ha resultado en una reducción del 20% en los costos de mantenimiento y un aumento del 10% en la eficiencia operativa.

Integración de ecosistemas digitales

Cada empresa en un clúster industrial genera una gran cantidad de datos de sus operaciones. Tradicionalmente, estos datos se almacenaban en silos, dificultando la toma de decisiones. La creación de un ecosistema digital integrado puede cambiar esto al conectar estos silos y aprovechar los gemelos digitales optimizados con IA.

Paso 1: Conexión de silos

Conectar los diferentes procesos, como los sistemas de calefacción y ventilación, para crear una matriz entre datos físicos en tiempo real y experiencias pasadas. Esto permite predicciones de auto-mantenimiento y confort interior, contribuyendo a estabilizar la red eléctrica y reducir la congestión.

Paso 2: Acceso a información unificada

Implementar una plataforma de inteligencia industrial que ofrezca una única fuente de información confiable en tiempo real para toda la empresa. Esto maximiza el valor al fomentar la colaboración y coordinar esfuerzos hacia objetivos comunes.

Nuevas oportunidades para los clústeres industriales

A pesar de que la tecnología de gemelos digitales aún no se ha implementado a nivel de clúster, algunos proyectos pioneros ofrecen una visión de futuras oportunidades emocionantes.

▶️ Gemelo digital verde

Un gemelo digital verde es una representación virtual que permite calcular la huella ambiental de un producto, tomando en cuenta toda la cadena de suministro. Esta herramienta no solo facilita el diseño de piezas para la reparación y re-manufactura con una baja huella ambiental, sino que también proporciona un enfoque integral para rastrear y mitigar las emisiones de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida del producto.

✳️ Funcionalidades y aplicaciones

• Cálculo de huella ambiental: Utiliza datos de la cadena de suministro para calcular la huella de carbono de cada componente del producto.
• Diseño sostenible: Permite la creación de piezas que son más fáciles de reparar y re-manufacturar, reduciendo así el desperdicio y el impacto ambiental.
• Transparencia y trazabilidad: Proporciona una visión clara y detallada de las emisiones generadas en cada etapa de la producción, facilitando la identificación de áreas para la mejora.

✳️ Casos de uso y ejemplos reales

• Industria automotriz: Empresas como BMW y Tesla están utilizando gemelos digitales verdes para optimizar el diseño y la producción de vehículos eléctricos, asegurando que cada componente se fabrique y se ensamble con la mínima huella de carbono posible.
• Electrónica de consumo: Fabricantes de dispositivos electrónicos están adoptando esta tecnología para mejorar la sostenibilidad de sus productos, desde smartphones hasta electrodomésticos, rastreando materiales y procesos de fabricación.
• Construcción: En la industria de la construcción, los gemelos digitales verdes ayudan a diseñar edificios más eficientes y sostenibles, reduciendo el consumo de recursos y las emisiones durante todo el ciclo de vida del edificio.

✳️ Impacto en la cadena de suministro

La implementación de gemelos digitales verdes transforma la gestión de la cadena de suministro al proporcionar datos precisos y en tiempo real sobre el impacto ambiental de cada componente. Esto permite a las empresas:

• Optimizar el transporte y la logística: Reduciendo las distancias recorridas y el uso de combustibles fósiles.
• Seleccionar proveedores sostenibles: Evaluando y eligiendo proveedores que cumplen con estándares ambientales más estrictos.
• Implementar prácticas de economía circular: Promoviendo el reciclaje y la reutilización de materiales a través de toda la cadena de suministro.

✳️ Datos y estadísticas

• Reducción de emisiones: Se estima que el uso de gemelos digitales verdes puede reducir las emisiones de carbono de la fabricación en un 15-30%.
• Ahorro económico: Las empresas que adoptan esta tecnología pueden lograr ahorros de costos operativos de hasta un 20%, gracias a la optimización de recursos y la reducción de residuos.
• Impacto global: Según un informe de McKinsey, la digitalización y el uso de gemelos digitales podrían contribuir a una reducción global de las emisiones de CO2 en un 8-10% para 2030.

 

▶️ Edificios interactivos con la red: La revolución energética del futuro

Los edificios interactivos con la red se refieren a infraestructuras que utilizan el Internet de las Cosas (IoT) y la Inteligencia Artificial (IA) para gestionar activamente su consumo energético y optimizar su interacción con la red eléctrica. Estos edificios inteligentes son capaces de ajustar su demanda de energía en tiempo real, respondiendo de manera dinámica a las condiciones de la red y a las fluctuaciones en la disponibilidad de energía renovable.

✳️ Componentes clave

1. Sensores y actuadores IoT: Los sensores IoT instalados en diferentes partes del edificio recopilan datos en tiempo real sobre el consumo de energía, la temperatura, la iluminación y otros parámetros ambientales. Estos sensores envían datos a sistemas centralizados de gestión de energía.
2. Inteligencia Artificial (IA): Los algoritmos de IA procesan los datos recopilados por los sensores para identificar patrones y optimizar el consumo de energía. Pueden predecir el comportamiento energético del edificio y ajustar automáticamente los sistemas de calefacción, ventilación, aire acondicionado (HVAC) y otros equipos para maximizar la eficiencia energética.
3. Sistemas de Gestión de Energía (EMS): Los EMS actúan como el cerebro de los edificios interactivos, integrando datos de sensores y algoritmos de IA para tomar decisiones informadas sobre el uso de energía. Estos sistemas pueden priorizar el uso de energía renovable cuando está disponible y minimizar el uso de energía durante los picos de demanda.

✳️ Beneficios

• Reducción de desbalances y cuellos de botella: Al ajustar automáticamente el consumo de energía según la disponibilidad de energía renovable y las condiciones de la red, los edificios interactivos ayudan a reducir los desbalances y los cuellos de botella en la red eléctrica. Esto es especialmente importante en redes con alta penetración de energía renovable intermitente, como la solar y la eólica.
• Optimización del consumo energético: Estos edificios pueden reducir significativamente su consumo de energía mediante la optimización continua de sistemas HVAC, iluminación y otros aparatos. Esto no solo reduce los costos operativos, sino que también disminuye la huella de carbono del edificio.
• Generación de ingresos adicionales: En algunos casos, los edificios interactivos pueden participar en programas de respuesta a la demanda, vendiendo el exceso de energía almacenada o reduciendo su consumo durante los picos de demanda para obtener incentivos financieros de los operadores de la red.

✳️ Casos de uso y ejemplos reales

• Grid-Interactive Efficient Buildings (GEBs): En Estados Unidos, el Departamento de Energía (DOE) está promoviendo el desarrollo de GEBs que integran tecnologías IoT y IA para interactuar de manera eficiente con la red eléctrica. Estos edificios pueden reducir hasta un 20% su consumo energético y aportar flexibilidad a la red.

• Proyecto Flex-G: En Europa, el proyecto Flex-G se centra en desarrollar y probar tecnologías para edificios interactivos con la red. El objetivo es demostrar cómo los edificios pueden proporcionar servicios de flexibilidad a la red, como el ajuste de la demanda en respuesta a señales de precios o la integración de sistemas de almacenamiento de energía.

✳️ Estadísticas y datos

• Ahorro potencial: Según un informe del International Energy Agency (IEA), la implementación de edificios interactivos podría reducir el consumo energético global en un 10-15%, contribuyendo significativamente a los objetivos de eficiencia energética y reducción de emisiones.
• Crecimiento del mercado: Se espera que el mercado de tecnologías IoT en edificios inteligentes crezca a una tasa compuesta anual del 25% durante los próximos cinco años, impulsado por la demanda de soluciones de gestión energética y sostenibilidad.

 

▶️ Equipos multidisciplinarios globales

Los gemelos digitales, junto con soluciones de IA, permiten a equipos multidisciplinarios globales colaborar en un entorno compartido centrado en datos. Este enfoque integrador conecta la ingeniería, el diseño y la simulación en una única base de datos, facilitando una visión holística del proyecto y eliminando silos de información.

✳️ Beneficios de la integración

• Aceleración del tiempo de comercialización: Al unificar todas las disciplinas en una plataforma común, las empresas pueden identificar y resolver problemas más rápidamente, permitiendo que los proyectos lleguen al mercado en menos tiempo.
• Mejora de la comunicación: Los equipos pueden comunicarse y colaborar de manera más efectiva, con acceso instantáneo a los mismos datos y actualizaciones en tiempo real. Esto reduce errores y mejora la coherencia en la toma de decisiones.
• Optimización de recursos: Al compartir datos y modelos entre diferentes departamentos y ubicaciones geográficas, las empresas pueden utilizar mejor sus recursos y habilidades, asegurando que todos los miembros del equipo estén alineados y trabajando hacia los mismos objetivos.

✳️ Casos de éxito

• Siemens: Siemens utiliza gemelos digitales para conectar sus equipos de diseño y fabricación en diferentes continentes. Esto ha permitido una mejora significativa en la eficiencia de producción y la calidad del producto final.
• General Electric (GE): GE ha implementado gemelos digitales en sus proyectos de energía, permitiendo a los ingenieros de diferentes regiones colaborar en tiempo real. Esto ha resultado en una reducción del 20% en el tiempo de desarrollo de productos.
• Airbus: Airbus utiliza gemelos digitales para integrar sus equipos de diseño de aeronaves dispersos globalmente. Esta estrategia ha reducido el tiempo de ensamblaje y mejorado la precisión en la fabricación de componentes críticos.

✳️ Retos y soluciones

• Seguridad de datos: Garantizar la seguridad de los datos compartidos es crucial. Implementar medidas robustas de ciberseguridad y políticas de acceso controlado es esencial para proteger la información sensible.
• Interoperabilidad: Asegurarse de que las diferentes plataformas y herramientas utilizadas por los equipos sean compatibles entre sí es fundamental. El uso de estándares abiertos y APIs facilita la integración y el intercambio de datos.

✳️ Futuro de los equipos multidisciplinarios

El uso de gemelos digitales y soluciones de IA continuará evolucionando, permitiendo a los equipos multidisciplinarios globales no solo trabajar más eficientemente, sino también innovar más rápidamente. La capacidad de simular y predecir resultados en un entorno virtual reducirá los costos y mejorará la calidad de los productos, posicionando a las empresas para competir mejor en un mercado global.

 

El desarrollo y la implementación de gemelos digitales en clústeres industriales representan un salto transformador hacia entornos industriales más verdes, eficientes y colaborativos. Al abordar los desafíos y aprovechar las capacidades de la digitalización, las empresas y los clústeres industriales no solo pueden cumplir, sino superar, los objetivos ambientales y económicos establecidos por los actores globales. Esta es una buena noticia tanto para los negocios como para el planeta.

La adopción de gemelos digitales impulsados por IA puede ser la clave para un futuro industrial más sostenible y eficiente. ¿Estás listo para unirte a la revolución digital en tu industria?