El software inteligente y la eficiencia energética

El problema de eficiencia energética es muy popular en estos tiempos en la industria, debido a nuevas regulaciones nacionales e internacionales que intentan proteger el ambiente y hacer un uso más racional de los recursos. En general la mayoría de las máquinas hidráulicas que están en funcionamiento forman parte de un sistema más complejo del cual las máquinas hidráulicas son un eslabón básico. Debido a esto, se exige que la máquina sea confiable, tenga un alto índice de disponibilidad y sea fácil de operar; en resumen, se necesita que lo básico sea sencillo y confiable.

Partiendo de estas exigencias y considerando la naturaleza incierta y no-lineal de la hidráulica, las máquinas fueron diseñadas, en el siglo pasado, sobredimensionando sus capacidades para evitar complicaciones durante la operación; por supuesto, cuando estos diseños se hicieron el consumo de energía no era prioridad. Sin embargo, una vez que se pone atención a la eficiencia energética, es necesario revisar el diseño y revisar cómo aquellas complicaciones fueron resueltas. Afortunadamente la tecnología ha avanzado y hoy en día el ingeniero tiene a su disposición mejores herramientas para realizar el trabajo.

Si clasificáramos en dos las complicaciones para la operación de las máquinas estas serían:

1. Incertidumbre en los parámetros. Desconocimiento a detalle de las características de la máquina.
2. Perturbaciones. Fenómenos internos o externos que afectan el comportamiento de la máquina como fricción, filtraciones de aceite, etc.

Para combatir este tipo de problemas los métodos clásicos en general sobre-compensan las complicaciones para asegurarse un buen desempeño. Sin embargo esta solución también trae consigo un desperdicio de los recursos lo que finalmente causa contaminación y costos altos.

La razón de la sobrecompensación es el desconocimiento ya sea de los parámetros o de las perturbaciones. Si estos elementos fueran conocidos podrían ser cancelados exactamente sin necesidad de emplear mas energía de la necesaria. Sin embargo esta tarea no se había realizado en el pasado debido a que estos fenómenos no son estáticos, son dinámicos es decir cambian con el tiempo y su naturaleza se desconoce a detalle.

Afortunadamente hoy en día es posible construir algoritmos que pueden identificar en tiempo real y de manera exacta las perturbaciones y cancelar la incertidumbre paramétrica. Es decir, estos algoritmos nos permiten conocer los fenómenos, que originalmente eran desconocidos, en el justo momento que están sucediendo. Al ser el algoritmo consciente de los fenómenos que lo afectan puede actuar en consecuencia y tomar las acciones adecuadas. Como resultado las máquinas no gastan mas energía de la necesaria y tienen un desempeño superior.

Estos algoritmos están basados en una técnica conocida como modos deslizantes que fue desarrollada en Rusia durante los años 70. Y como comúnmente pasa con los desarrollos novedosos originalmente no se le encontraban aplicaciones en el mundo real. Sin embargo después de años de desarrollo hoy en día existen aplicaciones para controlar aviones en condiciones de falla o la construcción de máquinas hidráulicas más eficientes, basado en esta última fue que desarrollé mi tesis de maestría, que como alumno de posgrado de la UNAM, culminé con la implementación del sistema en Bosch-Rexroth Alemania.

En resumen, existen hoy en día nuevos algoritmos (software inteligente) que están revolucionando las máquinas autónomas al permitirles conocer los fenómenos que las afectan en el momento en que las afectan. Estos algoritmos revolucionarios son creados en gran parte en México en la Facultad de Ingeniería de la UNAM y de aquí son exportados a todo el mundo industrializado que requiere de nueva y mejor tecnología. Es irónico que esas máquinas con la nueva tecnología desarrollada en México regresara como producto terminado para integrarse a las plantas de manufactura del país.

Por Tenoch González del CTIN
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