Ecomecatrónica

La ecomecatrónica es un enfoque de ingeniería para desarrollar y aplicar tecnología mecatrónica con el fin de reducir el impacto ecológico y el costo total de propiedad de las máquinas. Se basa en el enfoque integrador de la mecatrónica , pero no con el objetivo de mejorar únicamente la funcionalidad de una máquina. La mecatrónica es el campo multidisciplinario de la ciencia y la ingeniería que fusiona la mecánica, la electrónica, la teoría de control y la informática para mejorar y optimizar el diseño y la fabricación de productos . En la ecomecatrónica, además, la funcionalidad debe ir de la mano con un uso eficiente y un impacto limitado en los recursos. Las mejoras de las máquinas se centran en tres áreas clave: eficiencia energética , rendimiento y comodidad del usuario ( ruido y vibraciones ).

Entre los responsables políticos y las industrias manufactureras existe una creciente conciencia de la escasez de recursos y la necesidad de un desarrollo sostenible . Esto se traduce en nuevas regulaciones con respecto al diseño de máquinas (por ejemplo, la Directiva Europea de Ecodiseño 2009/125/CE) y en un cambio de paradigma en el mercado mundial de maquinaria: «en lugar de obtener el máximo beneficio con el mínimo capital, se debe generar el máximo valor añadido con los mínimos recursos». ^{[ 1 ]} Las industrias manufactureras requieren cada vez más máquinas de alto rendimiento que utilicen los recursos (energía, consumibles) de forma económica en una producción centrada en el ser humano. Por lo tanto, se insta a las empresas de construcción de maquinaria y a los fabricantes de equipos originales a responder a esta demanda del mercado con una nueva generación de máquinas de alto rendimiento con mayor eficiencia energética y comodidad para el usuario.

Una reducción del consumo de energía disminuye los costos energéticos y reduce el impacto ambiental. Por lo general, más del 80 % del impacto total del ciclo de vida de una máquina se atribuye a su consumo de energía durante la fase de uso. ^{[ 2 ]} Por lo tanto, mejorar la eficiencia energética de una máquina es la forma más eficaz de reducir su impacto ambiental. El rendimiento cuantifica la eficacia con la que una máquina ejecuta su función y suele estar relacionado con la productividad, la precisión y la disponibilidad. La comodidad del usuario está relacionada con la exposición de los operadores y del entorno al ruido y las vibraciones debidas al funcionamiento de la máquina.

Dado que la eficiencia energética, el rendimiento y el ruido y las vibraciones están interrelacionados en una máquina, deben abordarse de forma integrada en la fase de diseño. Un ejemplo de la interrelación entre estas tres áreas clave es que, al aumentar la velocidad de la máquina, generalmente aumenta su productividad, pero también lo hace el consumo de energía, y las vibraciones pueden incrementarse, lo que reduce la precisión (por ejemplo, la precisión de posicionamiento) y la disponibilidad (debido a los tiempos de inactividad y el mantenimiento). El diseño ecomecatrónico aborda el equilibrio entre estas áreas clave.

La ecomecatrónica influye en el diseño e implementación de sistemas y máquinas mecatrónicas. Por lo tanto, la transformación hacia una nueva generación de máquinas concierne a institutos de conocimiento, fabricantes de equipos originales , proveedores de software CAE , fabricantes de maquinaria y propietarios de maquinaria industrial. El hecho de que aproximadamente el 80 % del impacto ambiental de una máquina esté determinado por su diseño ^{[ 3 ]} subraya la importancia de tomar las decisiones tecnológicas adecuadas. Se requiere un enfoque de diseño multidisciplinario basado en modelos para abordar de forma integrada la eficiencia energética, el rendimiento y la comodidad del usuario de una máquina.

Las tecnologías clave que lo posibilitan se pueden clasificar en componentes de máquinas, métodos y herramientas de diseño de máquinas y control de máquinas. A continuación se presentan algunos ejemplos por categoría.

Algunos ejemplos de aplicaciones de sistemas ecomecatrónicos son:

• Komatsu PC200-8 Hybrid : la primera excavadora híbrida del mundo cuenta con un sistema de almacenamiento de energía basado en supercondensadores . La recuperación de energía en la transmisión hidráulica durante el frenado se traduce en una mejora significativa del consumo de combustible.
• Autobús híbrido: se han comercializado diferentes tipos de autobuses híbridos (por ejemplo, el autobús ExquiCity de Van Hool ), que utilizan pilas de combustible o un motor diésel como fuente de energía principal y baterías y/o supercondensadores como sistemas de almacenamiento de energía.
• Tranvía híbrido: la hibridación en los tranvías permite la recuperación de energía y la movilidad sin catenarias, como se aplica, por ejemplo, en algunos tranvías Combino Supra de Siemens Transportation Systems. El sistema utiliza una combinación de baterías de tracción y supercondensadores.

• Mecatrónica
• Uso eficiente de la energía
• Automatización
• Control de ruido y aislamiento de vibraciones
• Ecodiseño

• "Impacto del ciclo de vida relacionado con la energía y oportunidades de reducción de costos en el diseño de máquinas: el caso del corte por láser", T. Devoldere et al., Actas de la 15.ª Conferencia Internacional CIRP sobre Ingeniería del Ciclo de Vida, 2008.
• "Máquinas más eficientes mediante el diseño basado en modelos", W. Symens, Presentación en el Día del Desarrollo Dirigido por Modelos, 9 de mayo de 2012, 's-Hertogenbosch, Países Bajos.
• "Hacia un compilador mecatrónico", H. Van Brussel, Presentación en el Taller ACCM sobre Diseño Mecatrónico 2012, 30 de noviembre de 2012, Linz, Austria
• Control de máquinas de producción en proceso de aprendizaje