Desde la reproducción de órganos vitales hasta la construcción de refugios en el espacio, así de revolucionario se presenta el futuro de la impresión 3D. Con esta perspectiva, no resulta extraño que muchos aseguren que esta forma de materializar objetos nos cambiará la vida hasta niveles insospechados. Podemos decir que se está produciendo una nueva revolución industrial y tecnológica del mismo modo que cuando apareció en nuestras vidas Internet, una red de la que muchos dudaban en sus inicios y que ha cambiado nuestro mundo de una manera global.
Actualmente la impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, está plenamente implantada en la industria aeronáutica y aeroespacial, en la ingeniería, la arquitectura, en defensa, automoción y medicina. Sus principales aplicaciones son la reproducción de escaneados 3D y la impresión de objetos diseñados con programas de modelado tridimensional (CAD), lo que permite reducir el tiempo de desarrollo de nuevos productos o incluso lanzarlos al mercado.
Sus implicaciones son infinitas, puesto que ya no es necesario esperar meses para contar con los primeros modelos para lanzar al mercado un producto, ya que el modelo tridimensional se puede enviar a cientos o miles de kilómetros de distancia para que desde cualquier lugar se convierta en un objeto. De esta manera, en el futuro, mucha producción industrial será bajo demanda y viajará por la red, y cambiará por completo la idea de consumir productos que hasta ahora tiene el público en general, ya que cada persona tendrá la capacidad de personalizar sus propios productos de consumo y entretenimiento con una gran ventaja: la exclusividad de cada artículo.
Aunque la mayor parte de las actuales impresoras 3D no pueden producir piezas lo suficientemente resistentes, económicas o incluso útiles como para reemplazar los métodos de producción tradicionales, tienen una aplicación muy relevante hoy en día, que es educar a toda una generación en el uso de esta tecnología.
En relación al futuro, desde el punto de vista social, creo que la verdadera revolución de la impresión no será un uso o aplicación específica, sino que seguramente sorprenderá la rapidez con la cual esta tecnología, que hoy parece casi magia, se transformará en algo usual e incluso esencial en la vida cotidiana. Desde el punto de vista técnico, a medida que las tecnologías sean capaces de depositar múltiples materiales, veremos una creciente aparición de partes funcionales que exploten plenamente las capacidades de la fabricación aditiva.
Algo muy revolucionario será la impresión 3D aplicada a medicina, tanto reconstructiva, maxilofacial, traumatología u ortodoncias, donde ya se está investigando con materiales biocompatibles que darán la posibilidad de fabricar órganos aceptados por los humanos y los cirujanos dispondrán en pocos días de objetos que solventen los problemas de cada persona de forma especializada.
En resumen: la impresión 3D ha venido para quedarse y cambiar nuestra forma de consumir y producir para siempre.
Los objetos conectados a internet son cada vez más comunes. Estos son los objetos que se conectan por sí mismos para llevar a cabo su misión sin intervención del usuario. Una aplicación que puede servirnos para ahorrar dinero y disminuir emisiones causantes del efecto invernadero es el internet de las cosas aplicado al control de todos los aparatos domésticos que tienen un termostato. Estos aparatos son el aire acondicionado, los calentadores eléctricos, el frigorífico y las bombas de calor, quizás todavía no muy usadas en las casas españolas. También entra en esta categoría la calefacción, generalmente de gas, pero a la que se podrían aplicar las mismas ideas que a los aparatos eléctricos. La peculiaridad de todos estos sistemas es que tienen inercia, es decir, que si se apagaran durante un periodo de tiempo razonable no habría ningún cambio notable. Esta propiedad, junto con el internet de las cosas, pueden ayudarnos a ahorrar dinero y beneficiar al medio ambiente.
Lo primero que necesitamos es conectar a Internet los aparatos mencionados. Ya existe en el mercado la tecnología necesaria para hacerlo, como la serie Synco Livingde Siemens o los sistemas de Greenwave Systems. Con ella es posible controlar desde fuera de casa nuestros aparatos eléctricos, en particular los mencionados anteriormente.
Lo segundo que necesitamos es permitir que la compañía eléctrica controle los electrodomésticos con termostato. Vamos a centrarnos, para simplificar las cosas, en el aire acondicionado. Que la compañía eléctrica controle nuestro aire acondicionado quiere decir que le permitiremos cambiar la consigna de temperatura bajo ciertas condiciones. Éstas pueden ser temporales, es decir, que lo haga sólo en determinadas horas o durante ciertos periodos dentro de cada hora, y pueden ser un límite en la variación de la temperatura deseada. A cambio de esto, la compañía ofrece al cliente un incentivo económico, es decir, un descuento en la factura de la luz.
Hay que tener en cuenta que la compañía eléctrica no hace esto para caerle bien al cliente, sino porque es ventajoso para ella. Lo que hace la compañía eléctrica al pagar al cliente por dejarle controlar el aire acondicionado es comprar la flexibilidad que el cliente le ofrece. Esa flexibilidad son los vatios hora de energía que el cliente no consume al dejar que aumenten la temperatura de su aire acondicionado. Si sumamos la flexibilidad de miles de clientes, la compañía deja de necesitar miles de kilovatios hora, gracias a lo cual no necesitará hacer que generen energía en momentos de alta demanda. Esto le permitirá ahorrarse mucho dinero, sobre todo si ese momento de alta demanda es inesperado, como ocurre en algunas olas de calor.
Pero estos programas que permiten a compañías y clientes beneficiarse de la flexibilidad de estos últimos tienen una aplicación más interesante, y es que facilitan la integración de las energías renovables en la red eléctrica. El problema de las energías renovables es que no se pueden programar, como sí ocurre con las demás, de manera que puede ocurrir que cuando haya energía disponible no se demande y, al revés, que cuando se demanda energía no sople el viento. Mediante un programa de respuesta a la demanda, que así es como se llama al esquema descrito, la compañía eléctrica podría hacer uso de la flexibilidad de los clientes para disminuir la demanda de energía eléctrica cuando las renovables flaquearan. De esta forma no sería necesario construir centrales de respaldo que, además de emitir CO2, tienen un coste muy alto porque no se usan de manera continua.
Los programas de respuesta a la demanda, que pueden verse como una aplicación del Internet de las Cosas, no se han extendido aún en Europa, al menos entre los clientes domésticos. Sin embargo, en Estados Unidos sí que son habituales entre estos últimos. Estos programas son una oportunidad para que los ciudadanos se impliquen en la promoción de las energías renovables para disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. Sin duda suponen cierta perturbación de nuestras actividades cotidianas que algunas personas percibirán como una limitación de las libertades individuales. Sin embargo, hay que tener en cuenta que en realidad estamos vendiendo nuestra flexibilidad y que es algo que podemos aportar personalmente para paliar los efectos del calentamiento global.
Pensaba seguir hablando sobre iniciativas de Green Manufacturing, pero he decidido hacer una entrada con un enfoque distinto a la fabricación sostenible, pero aun así complementario.
El pasado 30 de octubre se estrenó la película documental sobre el cambio climático Before the Flood (Antes del diluvio) en el canal de televisión de National Geographic. La película, de 95 minutos de duración, está dirigida por Fisher Stevens, protagonizada por Leonardo Dicaprio y producida, entre otros, por el propio DiCaprio y Martin Scorsese.
La película ha sido filmada durante tres años y en ella se muestra a DiCaprio visitando varias regiones del planeta que ya han sido afectadas por el calentamiento global causado por el hombre. También incluye entrevistas con personalidades como Barack Obama, el Papa Francisco, Sunita Narain, Elon Musk, y Johan Rockström. Recomiendo a todo el mundo el visionado de dicha película que puede ser vista de forma gratuita (y en castellano) en el canal de youtube deNational Geographic España.
He tenido la gran suerte durante los últimos tres años de trabajar en el proyecto demostrativoREEMAIN. En este proyecto, entre otras muchas cosas, tres fábricas (galletas, fundición de hierro y tela vaquera) de manera voluntaria (y con el apoyo de fondos europeos) están realizando varias iniciativas que les permitan aumentar su eficiencia en cuanto al consumo de energía y recursos materiales.
Aun en casos subvencionados como los del REEMAIN, las modificaciones del proceso productivo cuyo único fin es reducir el impacto ambiental del proceso productivo no son nunca fáciles, especialmente si van en contra de los beneficios esperados. Incluso en algunas situaciones, las medidas propuestas no afectan sustancialmente a la rentabilidad de la fábrica, pero son percibidas por la Dirección como elementos de riesgo o incertidumbre innecesarios.
¿Por qué una empresa cualquiera va a poner patas arriba todos sus sistemas de producción y trabajo para luchar contra el cambio climático?¿Qué pasa con aquellas empresas cuyos productos o procesos productivos son inherentemente contaminantes?
Animar simplemente a las empresas a que incluyan entre sus principales objetivos la lucha contra el cambio climático es buena idea, o al menos es mejor que no hacer nada, pero es claramente insuficiente. El proceso no será lo suficientemente rápido. El cambio debe ser impulsado de forma externa y es nuestra responsabilidad como ciudadanos-votantes-consumidores que ocurra. O bien impulsado por el poder político a través de legislación restrictiva como la prohibición de instalar calderas de carbón a partir del 2012. O también puede ser impulsado por un movimiento de rechazo de los consumidores a adquirir aquellos productos y servicios asociados a un alto impacto medioambiental. Por ejemplo, las campañas de concienciación contra los productos que contienen aceite de palma.
La película de DiCaprio, lógicamente está más orientada hacia el público norteamericano, por lo que dedica algo de tiempo a explicar su sistema político y las relaciones que existen entre los políticos y las grandes empresas de hidrocarburos. Ésto hace que en el congreso de Estados Unidos haya un porcentaje importante de representantes que todavía en el año 2016 directamente niegan el cambio climático. En Europa, nuestros representantes políticos afortunadamente ya no dudan del cambio climático. Sin embargo, el miedo a los posibles efectos negativos sobre la economía parece frenar el desarrollo de normativas que restrinjan o prohíban los productos y procesos más contaminantes. Esto último ha quedado claramente patente en la gestión del escándalo “Dieselgate”.
La película finaliza (no es un spoiler, puesto que lo importante no es el final sino todo el desarrollo) con el mensaje de que detener el cambio climático está en nuestras manos a través de dos herramientas: nuestro consumo y nuestro voto.
Consumir de forma diferente. Reflexionando sobre lo que compramos, lo que comemos y quien nos suministra la energía, puede marcar un primer paso.
Votar a líderes que lucharán contra el cambio climático, marcará el segundo paso. Líderes que acaben con los subsidios y la explotación de los combustibles fósiles, que inviertan en renovables y que establezcan algún tipo de impuesto sobre el carbono.
No podría estar más de acuerdo con estas dos reflexiones. Sin embargo, yo añadiría que además de consumidores y votantes también somos ciudadanos y por tanto también debemos intentar comunicar y convencer al resto de ciudadanos de la importancia de detener el cambio climático. Este post es mi primer granito de arena.
Es difícil encontrar una definición de Smart Grid que incluya todos los objetivos, posibilidades y tecnologías que se engloban dentro de este concepto. Cuando uno navega en la red buscando la definición de este término puede encontrase con largas descripciones que intentan incluir todos los aspectos que abarca, o con otrasdemasiado breves que se enfocan únicamente en aquello que el autor quiere resaltar. Dejando al lector la posibilidad de profundizar en dichas definiciones, y a riesgo de simplificar demasiado, podríamos decir que las Smart Grid incluyen al menos (entre otras muchas) estas características:
– Generación distribuida: permiten mejorar la gestión de una red con múltiples fuentes de generación donde las renovables tendrán cada vez un mayor peso relativo. – Respuesta a la demanda: facilitan la intervención de los usuarios domésticos en la toma de decisiones sobre sus patrones de consumo gracias a la información que estos disponen sobre el precio de la energía, o por introducir en sus viviendas sistemas de generación o almacenamiento que apoyen el consumo que hacen de la red. – Sistemas TICS: se introducen sistemas de gestión de la información en todos los niveles de la red, desde los usuarios a los sistemas de generación, pasando por los centros de transformación. – Mejoran la fiabilidad y eficiencia de la red, ya que el uso de la información disponible permite definir mejores estrategias de gestión y también un mejor mantenimiento de todos los elementos y dispositivos, gracias entre otros al mantenimiento predictivo.
La implantación de las Smart Grid en todos los niveles del sistema eléctrico supondrá a primera vista innumerables ventajas para los diferentes actores del sector eléctrico, como por ejemplo:
– Disponer de mayor capacidad de generación de renovables con las que los usuarios complementen su consumo de la red. – Abaratamiento de la factura de la luz para los usuarios, pudiendo desplazar su consumo a las horas de precio más barato de la electricidad. – Aplanamiento de la curva de la demanda y por tanto una mayor facilidad para equilibrar oferta y demanda por parte del gestor de la red. – Facilitar el mantenimiento de los activos a los gestores de la red alargando su vida útil y evitando fallos inesperados.
Para alcanzar todos estos objetivos es necesario disponer de tecnologías adecuadas, unas ya existentes y otras todavía por desarrollar. Estas tecnologías deben enfocarse principalmente en tres ámbitos:
– Fuentes de energía: como equipos de generación de renovables o baterías a diferentes escalas de potencia. Estos permitirán un mejor aprovechamiento de la energía disponible en cada localización y para cada usuario. – Equipamiento y dispositivos para la operación de la red: entre los que estarían los smart meters, accionamientos teleoperados, electrodomésticos inteligentes,… Estos facilitarán el acceso a la información del estado de la red y la operación ágil y remota que requieran las decisiones de gestión adoptadas de forma automática. – Sistemas de ayuda a la toma de decisiones, que teniendo en cuenta la multitud de intereses que pueden confluir en esta red eléctrica inteligente, definirán en cada instante qué acciones serían necesarias para ajustar oferta y demanda.
Pero sin duda lo que sería un error es pensar que la red será inteligente cuando se consiga disponer de esas tecnologías, o pensar que serán esas tecnologías las que introduzcan la inteligencia en la red. Que una vez desplegados todos estos equipamientos y servicios la red se volverá automáticamente inteligente. Sirva como ejemplo de esto el dato de que actualmente Iberdrola ha alcanzado la sustitución del 76% de contadores por el denominado contador inteligente (smart meter), y sin embargo podríamos preguntarnos cuántos de nosotros que ya lo tenemos instalado hemos cambiado nuestros hábitos de consumo gracias a la información que nos proporciona, bien sea para reducir nuestro gasto o para favorecer una mejor gestión de la red y ayudar a reducir los picos de consumo.
Sin duda sólo dispondremos de verdaderas redes inteligentes cuando todas las personas implicadas en la generación, consumo, diseño, generación de herramientas o gestión de la red eléctrica pongamos nuestra inteligencia a trabajar en red.
Esto a mi modo de ver implica no poner la inteligencia sólo en el desarrollo de las herramientas y la tecnología, sino también en la adecuada selección de los objetivos que se persiguen con ella. Será inteligente aquella red en la que todos compartan unos mismos objetivos de sostenibilidad, cuidado del medio ambientey aprovechamiento de los recursos disponibles. Por supuesto que el beneficio económico será necesario para poder involucrar a muchos de los actores y para movilizar las inversiones requeridas, pero no parecerá inteligente una red donde éste sea el único objetivo a corto plazo. Más bien, podremos considerar una Smart Grid realmente inteligente aquellaen la que por ejemplo:
– los usuarios entiendan que participar en estrategias de respuesta a la demanda no sólo les traerá rebajas en la factura de la luz, sino que contribuirá a un sistema que aprovecha mejor los recursos renovables. Por tanto no sólo ofrecerán su flexibilidad a cambio de incentivos económicos sino que lo harán también cuando facilite un mayor aprovechamiento de las fuentes renovables contribuyendo así al interés general y al medioambiente. – las operadoras asuman que sus inversiones además de un beneficio económico, deberían buscar un beneficio social y medioambiental aún cuando aquel quizá se vea limitado. – el gobierno no ponga trabas a las medidas que aumenten la independencia energética de los usuarios particulares, que permitan aprovechar todos los recursos renovables disponibles y que faciliten el acceso a las tecnologías que ayuden a todo ello.
En definitiva, será una red inteligente aquella en la que todos los implicados tengan entre sus objetivos el bien común a medio y largo plazo en cada una de las decisiones que tomen, ya sea en las decisiones estratégicas hechas por humanos, como en las decisiones de gestión automáticas hechas por los dispositivos inteligentes. Y es que la verdadera inteligencia no está tanto en el conocimiento que se desarrolla como en el uso que se hace de él.
En los últimos tiempos el uso de la Realidad Aumentada (AR, Augmented Reality) se está haciendo cada vez más habitual aprovechando la utilización masiva de dispositivos móviles en la vida cotidiana como smartphones o tablets, y la aparición de otros nuevos como las smart glasses. De este modo, diferentes aplicaciones generalmente de ocio como “Pokémon GO”, o los filtros de edición de imagen de “Snapchat” han terminado de popularizar esta tecnología, aunque sus aplicaciones también se extienden al mundo profesional.
Sin embargo, la tecnología AR ni es nueva, ni está supeditada al uso de móviles o gafas inteligentes. Existe una técnica denominada Realidad Aumentada Espacial (SAR, Spatial Augmented Reality), que se distingue por la no utilización de dispositivos como interfaz de usuario. Como tecnología de AR, su principal función es añadir información digital a la realidad, pero en este caso la información se muestra directamente sobre el objeto físico, normalmente mediante proyectores digitales.
Debido a que la superficie de proyección no está asociada al usuario, la SAR es una buena herramienta para el trabajo colaborativo porque puede ser utilizado por varias personas a la vez. Del mismo modo, el usuario no debe someterse al desgaste visual que puede producir el uso de pantallas o gafas especiales o cargar con dispositivos móviles. Estos aspectos hacen que la SAR, además de otras aplicaciones como juegos, tenga buena aplicación en la industria.
En la industria del automóvil es frecuente su uso en fases de diseño, proyectando sobre el propio coche diferentes opciones de acabado, o de mantenimiento, ofreciendo información al mecánico de la mejor forma de acometer una reparación.
SAR en puestos de ensamblaje
Dentro de la industria, una de las mayores aplicaciones que tiene la SAR, es la de asistencia en los puestos de montaje manual. Por medio de uno o varios proyectores situados en el puesto de montaje, se puede guiar al trabajador en la secuencia de tareas a realizar, mostrando la información sobre la propia mesa de trabajo o sobre la misma pieza. Las ventajas que ofrece esta tecnología son principalmente:
• Reduce o elimina la necesidad de monitores y pantallas, al mostrar las instrucciones directamente en el espacio de trabajo. • Disminuye la carga cognitiva de los usuarios cuando se siguen las instrucciones de trabajo, siendo especialmente adecuada para entrenamiento y formación de nuevos trabajadores. • Reduce descuidos al no haber necesidad de «cambiar la atención» entre instrucciones de trabajo y la tarea a realizar. • El trabajador no debe cargar con ningún tipo de dispositivo o someterse al desgaste visual que puede producir el uso de gafas especiales. • Varios trabajadores pueden trabajar a la vez con un único sistema de SAR instalado.
Este tipo de aplicación combinada con algún sistema que permita la validación de la ejecución de la tarea (como puede ser la localización de herramienta o el seguimiento de las manos del trabajador mediante técnicas de visión artificial) permite confirmar la correcta ejecución de las operaciones mejorando la trazabilidad de las operaciones y la reducción de errores.
En CARTIF estamos trabajando en varios proyectos con estas técnicas de SAR, desarrollando e integrando sistemas asistivos en operaciones de ensamblaje, aprovechando las ventajas que ofrece esta tecnología y reduciendo lo máximo posible los puntos más delicados que tiene, como la luminosidad del entorno, la adaptación de la proyección al color y forma de las piezas, o posibles oclusiones que puede producir el propio trabajador al realizar las tareas.
En anteriores posts, el mantenimiento predictivo fue mencionado como uno de los principales habilitadores digitales de la Industria 4.0. El mantenimiento, ligado a la revolución industrial, sin embargo, nos ha acompañado en nuestra evolución como seres humanos.
Desde la prehistoria, nuestros antepasados han construido herramientas que sufrían desgaste y que, a veces, se rompían sin previo aviso. La solución era simple: tallar una nueva herramienta. Al crear mecanismos más elaborados (e.g. rueda de madera), la alternativa natural al desecho se convirtió en la reparación a cargo del artesano. Los telares mecánicos de la Primera Revolución Industrial eran aún más complicados de reparar por lo que surgieron oficios específicos que evolucionaron hacia los operarios de mantenimiento actuales. Durante esta evolución, el desgaste y las roturas de piezas sin previo aviso continuaba siendo parte del día a día de las fábricas.
¿Por qué se ha roto de repente este engranaje que ayer funcionaba perfectamente? El cerebro humano puede asimilar conceptos como la linealidad de acontecimientos (estaciones, noche y día, …) o incluso eventos que suceden a intervalos más o menos regulares. Sin embargo, estos imprevistos desquiciaban a los operarios. ¿Cómo podemos asegurarnos de que ese engranaje no vuelva a romperse? La respuesta era biológicamente predecible: “… pararemos la máquina cada 2 días (por ejemplo) y revisaremos el desgaste del engranaje…”
Esta tradición ha derivado en la práctica habitual del mantenimiento que se aplica en la industria y en productos de consumo como, por ejemplo, nuestros automóviles. Nuestro concesionario nos obliga a realizar revisiones periódicas (e.g. cada 10.000 km) para comprobar elementos críticos (frenos, correa de distribución, …) y cambiar piezas con un mayor desgaste (ruedas, filtros …). Esto se denomina mantenimiento preventivo, y se aplica en fábricas u otro tipo de instalaciones (e.g. aerogeneradores) para evitar averías imprevistas. Sin embargo, estas averías no se pueden eliminar (son eso, imprevistas) y es necesaria su reparación. Hablamos de mantenimiento correctivo. El que nadie quiere hacer.
¿Cómo ponerle freno a toda esta catarata de averías inesperadas, gastos de reparación y revisiones innecesarias? Una de las disciplinas en las que más ha trabajado CARTIF desde sus inicios es el mantenimiento predictivo que persigue mitigar (no sería realista asumir que vamos a eliminar lo imprevisto) las averías inesperadas y reducir las revisiones periódicas de las máquinas. De nuevo el mantenimiento predictivo puede explicarse como una respuesta biológica previsible al problema de averías inesperadas. Se basa en la revisión periódica usando señales características del entorno o de la propia máquina que nos puedan indicar de forma anticipada un funcionamiento anómalo. La ventaja de este mantenimiento es que no requiere parar la máquina como en el preventivo. Por ejemplo, un motor eléctrico puede tener un consumo normal cuando funciona correctamente, pero este consumo aumentará si algún elemento del motor sufre algún desgaste excesivo. Vigilando el consumo de forma adecuada podemos entonces detectar averías incipientes.
Siguiendo con el ejemplo del motor eléctrico, ¿cuál debe ser la variación mínima de consumo a tener en cuenta para decidir que debemos parar el motor eléctrico y efectuar una reparación? Como en muchas decisiones de la vida, es necesario aplicar un criterio de coste/beneficio, valorando cuánto podemos perder si no reparamos dicho motor frente a cuánto va a costar la reparación. ¿Cómo reducir la incertidumbre en esta decisión? La respuesta es una predicción fiable de la evolución de la avería. Esta predicción estará influenciada por muchísimos factores, algunos de ellos desconocidos (es algo aleatorio como hemos dicho). Sin embargo, los dos principales a tener en cuenta en la predicción son el tipo de evolución de la avería (e.g. la evolución de la avería en una pieza frágil será muy diferente a una pieza más o menos elástica) y el régimen de trabajo al que se verá sometida la máquina (un ventilador encendido las 24 horas del día, frente al motor de un ascensor que arranca y para cada vez que alguien pulsa el botón en un piso). Una predicción fiable permitirá al responsable de mantenimiento elegir, junto con la previsión de carga productiva de la instalación, la opción más beneficiosa, que en muchos casos suele ser la planificación de la intervención de mantenimiento sin que afecte a la producción.
Otro efecto beneficioso del mantenimiento predictivo es que un tratamiento adecuado de las señales medidas ofrece indicios de qué elemento está fallando. Esto se denomina el diagnóstico de la avería y contribuye a reducir la incertidumbre en la acción de mantenimiento más adecuada. Un ejemplo es la medición de vibraciones que permiten diferenciar una avería de un motor eléctrico que tiene un exceso de vibración por un cortocircuito incipiente o debido a un rodamiento dañado. Pero eso es materia de otro post.
