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La m√°quina verde es clave para la sustentabilidad

Los esfuerzos de sustentabilidad de los fabricantes de equipo original deben incluir el dise√Īo de m√°quinas energ√©ticamente eficientes que respalden el movimiento de la industria para optimizar el uso de energ√≠a y reducir las emisiones de carbono.

En la fábrica inteligente de Schneider Electric Lexington, los ingenieros y gerentes de planta usan el software Aveva para ver y optimizar el consumo de energía en toda la planta.
En la fábrica inteligente de Schneider Electric Lexington, los ingenieros y gerentes de planta usan el software Aveva para ver y optimizar el consumo de energía en toda la planta.
Foto cortesía de Schneider Electric

Al considerar la sustentabilidad, la mayoría de los fabricantes de máquinas se enfocan en cómo modificar el equipo para manejar los materiales ecológicos que los fabricantes están adoptando para el empaque del producto. Pero como parte de un objetivo de sostenibilidad más amplio, reducir el consumo de energía y convertirse en carbono neutral también es una prioridad para estas empresas. Y muchos fabricantes de alimentos y bebidas y productos farmacéuticos están recurriendo a los fabricantes de equipo original para ayudarles a crear una "máquina verde" energéticamente eficiente que respalde sus iniciativas de sustentabilidad corporativa.

Seg√ļn un informe del Instituto de Investigaci√≥n de Capgemini sobre operaciones sostenibles, de los 960 ejecutivos encuestados en industrias que van desde la aeroespacial y de defensa, automotriz, industrial y de bienes de capital, alta tecnolog√≠a, productos de consumo, productos farmac√©uticos y fabricaci√≥n de dispositivos m√©dicos, el 91 % tiene como objetivo lograr electricidad 100% renovable y 87% planea ser neutral en carbono para 2040.

Colgate-Palmolive es una de esas empresas con la misión de lograr cero emisiones netas de carbono para 2040. En septiembre pasado, Colgate anunció un paso que está tomando para reducir el desperdicio de energía en sus instalaciones de empaque de productos. Colgate está utilizando los sensores neumáticos de flujo inteligente Aventics AF2 de Emerson y una arquitectura de software habilitada para IIoT para monitorear con precisión el flujo de aire comprimido en tiempo real para identificar fugas, optimizar los procesos neumáticos y mejorar la eficiencia del flujo de aire.

Con los datos recopilados de las tecnolog√≠as de sensores y an√°lisis de Emerson, Colgate ya ha visto una reducci√≥n del 15 % en el uso de energ√≠a en varias l√≠neas de empaque de pasta de dientes y cepillos de dientes y espera ahorros de energ√≠a a√ļn mayores a medida que la tecnolog√≠a se implementa m√°s ampliamente.

 ‚ÄúAhorrar energ√≠a a trav√©s del monitoreo del flujo de aire es solo la punta del iceberg‚ÄĚ, dijo Warren Pruitt, vicepresidente de servicios de ingenier√≠a global de Colgate-Palmolive, en un comunicado. ‚ÄúCon una mentalidad de prueba y aprendizaje, podemos escalar lecciones exitosas a lo largo de nuestra huella global y ayudar a lograr nuestros objetivos de sustentabilidad‚ÄĚ.

Seg√ļn las empresas, dada la gran dependencia de la neum√°tica en la producci√≥n de bienes de consumo a gran escala, reducir la cantidad de energ√≠a asociada con el aire comprimido contribuye no solo a los esfuerzos de sustentabilidad, sino tambi√©n a la salud y confiabilidad general del equipo.Montado en l√≠nea como un dispositivo independiente o como parte de un sistema de preparaci√≥n de aire, el Emerson Aventics AF2 monitorea el uso de aire comprimido en tiempo real.Montado en l√≠nea como un dispositivo independiente o como parte de un sistema de preparaci√≥n de aire, el Emerson Aventics AF2 monitorea el uso de aire comprimido en tiempo real.

De hecho, los expertos de la industria están de acuerdo en que los sistemas de aire comprimido, vapor y electromecánicos son los mayores culpables cuando se trata de energía desperdiciada. Y los fabricantes de equipos originales tienen el potencial de compensar algo de esto agregando motores y variadores de energía eficientes, por ejemplo, o agregando sensores y análisis inteligentes que ayudarán a los fabricantes a comprender cómo reducir el uso de energía en los equipos.

Por dónde empezar

Una pregunta com√ļn es: "¬ŅPor d√≥nde empiezo?" Y una respuesta com√ļn es: "Empiece por hacer una evaluaci√≥n de d√≥nde pueden obtenerse las mayores ganancias con la menor cantidad de esfuerzo", dice Nathan Hedrick, gerente nacional de productos de Endress+Hauser. ‚ÄúPor lo general, encuentro que algunos de los mayores consumidores de energ√≠a son el aire comprimido y el vapor, donde peque√Īos cambios pueden generar grandes ahorros‚ÄĚ.

Endress+Hauser fabrica instrumentaci√≥n de campo que se utiliza para medir y monitorear el nivel de flujo, la presi√≥n, la temperatura y los l√≠quidos. ‚ÄúEstos instrumentos son los ojos y los o√≠dos del proceso y son importantes para los esfuerzos de sustentabilidad porque pueden generar l√≠neas de base que pueden monitorearse, medirse e informarse para ver tendencias‚ÄĚ, dice Mark Thomas, gerente del grupo de marketing industrial de Endress+Hauser.

Sean Silvey, especialista en aplicaciones de productos de Fluke Corp., un fabricante de herramientas de prueba y medici√≥n el√©ctricas, est√° de acuerdo en que una evaluaci√≥n energ√©tica es un buen primer paso. ‚ÄúPero en energ√≠a, no existe un cuerpo de investigaci√≥n para que un gerente de planta industrial lo use para establecer l√≠neas de base sobre c√≥mo se ve el uso de energ√≠a 'razonable' en una instalaci√≥n de fabricaci√≥n. Entonces, ¬Ņc√≥mo eval√ļa qu√© parte del uso de energ√≠a actual es razonable y qu√© es un desperdicio? O, de esa porci√≥n derrochadora, ¬Ņqu√© proporciona un ROI lo suficientemente alto como para abordarlo? El ROI que se discute aqu√≠ es el costo por kilovatio hora cobrado por la empresa‚ÄĚ.

Los analizadores de energ√≠a y calidad el√©ctrica de Fluke solucionan problemas de calidad el√©ctrica y descubren el costo de la energ√≠a desperdiciada. M√ļltiples par√°metros se miden simult√°neamente y se muestran en formatos que describen r√°pidamente el estado general de la calidad de la energ√≠a. Y comprender los puntos de desperdicio de energ√≠a es clave. ‚ÄúCada sistema y operaci√≥n tiene el potencial de ser un punto de desperdicio que puede mitigarse o remediarse‚ÄĚ, dice Silvey. ‚ÄúEl objetivo es mapear el uso de energ√≠a de equipos y procesos espec√≠ficos para ver d√≥nde se desperdicia la energ√≠a para cuantificar el desperdicio y priorizar mejoras o reemplazos en funci√≥n de la vida √ļtil del equipo, as√≠ como qu√© modificaciones pueden generar el mejor retorno en la inversi√≥n."

La "lista de verificaci√≥n de eficiencia energ√©tica" de Silvey comienza con un perfil de uso de energ√≠a y luego rastrea el consumo de energ√≠a para comprender los puntos de desperdicio de energ√≠a. Advierte que los fabricantes no deben tratar de administrar cada kilovatio consumido por la instalaci√≥n, sino dividir la instalaci√≥n en la infraestructura el√©ctrica y luego en los sistemas clave. ‚ÄúLa comprensi√≥n de los componentes energ√©ticos b√°sicos permite a un electricista configurar equipos de registro de energ√≠a para medir los niveles generales y la calidad del consumo y luego rastrear cu√°ndo se consume energ√≠a‚ÄĚ, explica Silvey. ‚ÄúLos mayores ahorros de energ√≠a provienen de determinar cu√°ndo alcanza su punto m√°ximo el uso de energ√≠a, evaluar el consumo general de energ√≠a en comparaci√≥n con las facturas de servicios p√ļblicos y posiblemente reequilibrar las cargas‚ÄĚ.Los analizadores de calidad de energ√≠a trif√°sicos de Fluke capturan cientos de par√°metros de energ√≠a.Los analizadores de calidad de energ√≠a trif√°sicos de Fluke capturan cientos de par√°metros de energ√≠a.Foto cortes√≠a Fluke Corp.

Al registrar la energ√≠a de cada sistema principal y mapear esos costos contra las facturas de servicios p√ļblicos para cuantificar d√≥nde y cu√°ndo se produce el consumo, las empresas a menudo pueden obtener ahorros mediante simples cambios operativos y de programaci√≥n, dice Silvey.

Medición para más producción

Hay otras formas de medir el uso de energ√≠a m√°s all√° de revisar la factura de servicios p√ļblicos, y comienza con la recopilaci√≥n de datos de un medidor de energ√≠a conectado a un componente del equipo, un transportador o una bomba, por ejemplo, y poni√©ndolos en un historial como una forma de mantener la historia del equipo para buscar optimizaciones. ‚ÄúA medida que lo supervisa a lo largo del tiempo mediante un tablero, tiene un conjunto de datos y puede usar an√°lisis para obtener eficiencia‚ÄĚ, dice Gimmi Filice, gerente senior de productos de GE Digital.

Además de los historiadores, los sistemas de ejecución de fabricación (MES), que se utilizan para programar líneas de producción, también se pueden vincular al software de gestión de instalaciones para ver cuándo las diferentes líneas están inactivas y se pueden apagar. Un gran fabricante de automóviles que utiliza el software Proficy MES de GE Digital pudo ahorrar alrededor de un 15 % en el uso de energía con solo observar qué líneas no funcionaban durante ciertas horas de la noche y atenuar las luces y apagar los equipos de alta energía, dice Filice.

Otros clientes están llevando las herramientas de transformación digital a otro nivel, como usar inteligencia artificial y tecnología de gemelos digitales para hacer predicciones sobre el rendimiento de los equipos.

Resulta que los datos son un aspecto importante del ajuste de energ√≠a. Sin embargo, observar una parte de los datos puede ayudar a modificar una m√°quina o una l√≠nea, pero no proporciona una visi√≥n hol√≠stica, que es necesaria para optimizar verdaderamente el uso de energ√≠a. ‚ÄúA menudo he descubierto que nuestra propia instrumentaci√≥n tiene mucho m√°s potencial desbloqueado en forma de datos no utilizados que los usuarios no aprovechan por completo para su beneficio‚ÄĚ, dice Hedrick de Endress+Hauser.

Ahí es donde entran en juego nuevos tipos de tecnologías de captura de datos de fabricación, como Sight Machine, una plataforma que convierte datos de planta no estructurados en una base de datos estandarizada.

Cimplicity HMI/SCADA de GE Digital proporciona un panel visual del consumo de energía.Cimplicity HMI/SCADA de GE Digital proporciona un panel visual del consumo de energía.

‚ÄúUn fabricante debe saber cu√°ntas unidades est√° produciendo y cu√°nta energ√≠a est√° utilizando, pero debe marcar hacia abajo para ver d√≥nde se est√° utilizando... para llegar a ese nivel no solo de eficiencia de planta o eficiencia de l√≠nea, sino tambi√©n de eficiencia de activos‚ÄĚ, dice Matt Smith, vicepresidente senior de transformaci√≥n digital de Sight Machine.

‚ÄúLa capacidad de hacer recomendaciones usando Sight Machine es f√°cil‚ÄĚ, dice Smith. ‚ÄúTenemos herramientas, las llamamos libros de cocina, donde tienes recetas de lo que quieres hacer, y te diremos la forma m√°s eficiente de hacerlo haciendo todo el pesaje estad√≠stico por ti. Los libros de cocina analizan todos los datos hist√≥ricos y, en funci√≥n de las condiciones, ya sea la humedad, las materias primas, etc., le brindan el mejor conjunto de condiciones de funcionamiento con la menor cantidad de agua posible, por ejemplo‚ÄĚ.

Mirando hacia el faro

En 2020, la fábrica de Schneider Electric en Lexington, Kentucky, fue reconocida como un "faro" por el Foro Económico Mundial (WEF), que, junto con McKinsey & Company en 2018, creó la iniciativa Global Lighthouse Network. Los "faros" son empresas que utilizan de manera efectiva las tecnologías de la cuarta revolución industrial (4IR) para impulsar la transformación digital. Y como resultado, estas empresas son reconocidas como modelos a seguir por otras.

La estrategia de gesti√≥n de energ√≠a digital de la f√°brica de Lexington aprovecha la conectividad IIoT con medidores de energ√≠a y an√°lisis predicativos para capturar una mayor granularidad del consumo de energ√≠a a fin de optimizar los costos de energ√≠a. Y la empresa ha podido reducir el uso de energ√≠a en un 26 %, vio una reducci√≥n neta de CO2 del 30 % y una reducci√≥n del uso de agua del 20 %. Con ese progreso, el a√Īo pasado la f√°brica de Schneider Electric, una instalaci√≥n industrial abandonada de 60 a√Īos que fabrica interruptores de seguridad y disyuntores, fue seleccionada por WEF como una de las tres √ļnicas instalaciones en el mundo en ser nombrada "faro de la sostenibilidad".

"Es un testimonio del trabajo que hemos estado haciendo en Lexington y un reflejo de la misi√≥n m√°s amplia de Schneider", dice Luke Durcan, director de la plataforma EcoStruxure de Schneider Electric. ‚ÄúHemos estado en el camino de la sostenibilidad de la descarbonizaci√≥n durante muchos a√Īos‚ÄĚ.

Schneider Electric utiliza parte de su propia tecnolog√≠a para comprender el nivel base real en la planta, incluidos sus medidores de potencia PowerLogic, las herramientas de an√°lisis y visualizaci√≥n de energ√≠a EcoStruxure Power Monitoring Expert que extraen datos de medici√≥n y de la m√°quina en la capa de control, y Aveva Insight, una plataforma en la nube que utiliza inteligencia artificial para crear informaci√≥n procesable para mejorar la confiabilidad de los activos y el rendimiento operativo. Aveva puede integrar sistemas empresariales, MES, series temporales y datos de energ√≠a no secuenciales en una √ļnica plataforma en la nube para realizar an√°lisis.En la f√°brica inteligente de Schneider Electric Lexington, los ingenieros y gerentes de planta usan el software Aveva para ver y optimizar el consumo de energ√≠a en toda la planta.En la f√°brica inteligente de Schneider Electric Lexington, los ingenieros y gerentes de planta usan el software Aveva para ver y optimizar el consumo de energ√≠a en toda la planta.Foto cortes√≠a de Schneider Electric

Durcan est√° de acuerdo con Smith en que la capacidad de rastrear el uso de recursos y energ√≠a no solo a nivel de planta, sino tambi√©n a nivel de producto, es realmente importante. La planta de Lexington, por ejemplo, es una instalaci√≥n de alto volumen y baja mezcla, y cuando fabrica productos de la misma manera todos los d√≠as, administrar los recursos es sencillo. Pero ese es raramente el caso. ‚ÄúMuchas cosas cambian, especialmente en un entorno de fabricaci√≥n por lotes. Los procesos cambian, los m√©todos utilizados para producir cosas est√°n cambiando, por lo que la capacidad de rastrear los recursos y la energ√≠a, no a nivel de planta sino a nivel de producto, es importante‚ÄĚ, se√Īala Durcan. ‚ÄúNecesita asociar los recursos con el producto real que fluye a trav√©s de la instalaci√≥n. Tenemos que pensar no solo en lo que hace una planta semana a semana o a√Īo a a√Īo, sino tambi√©n qu√© productos est√°n haciendo y c√≥mo optimizarlos‚ÄĚ.

Eso significa ampliar el alcance no solo de lo que sucede en la planta, sino también de la cadena de suministro extendida. Puede ser difícil recopilar todos esos datos, pero es un cambio de paradigma importante cuando se trata de medir el uso de energía.