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Distribución Energía Eléctrica en Industria 4.0: Aplicación a Parque Industrial
- 1. Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla TFG: DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN INDUSTRIAS 4.0: Aplicación a parque industrial MIGUEL ÁNGEL ESPINOSA SÁNCHEZ Grado: Ingeniería Eléctrica TUTORES: ALEJANDRO MANUEL MARTÍN GÓMEZ Dr. JUAN RAMÓN LAMA RUIZ 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial
- 2. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Introducción Origen: Avances tecnológicos (IoT). Fusión entre lo virtual y lo real. Contenido: Metabolismo y Ecología Industrial. Desarrollo: Modelado de un EcoIndustrial Park “EIP”. Objetivos: - Establecimiento del estado del arte del metabolismo industrial. - Desarrollo del conocimiento del sistema multiagente (MAS) propuesto. - Propuesta del sistema multiagente (MAS). - Aplicación del concepto de metabolismo industrial a un EIP (Ecological Industrial Park). 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Analogía entre biosfera y tecnosfera Biósfera Tecnosfera Existen productores primarios (fotosintetizadores) Existen productores primarios Existe biomasa que produce residuos y materia muerta Existen productos generados No existe dinero ni trabajo Existe dinero y trabajo Existen intercambios involuntarios El intercambio es un proceso voluntario Existe obligadamente un reciclaje del 100 % de los materiales El reciclaje puede o no darse
- 3. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Introducción 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones
- 4. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Actualidad 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Fuente: Computers in Industry. Thuy Duong Oesterreich, Frank Teuteberg. Elsevier, 2016 • Temas principales de los artículos: - Smart Factory - Internet of thing (IoT) - Simulations and modelling - Building Information Modelling (BIM) - Virtual Reality (VR) - Big Data
- 5. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Actualidad Antecedentes: 2012: Comisión Europea objetivo de impulsar PIB del 15% al 20% Metas: -Productividad -Reducir costos operativos -Cambio climático Ventajas: Desventajas: -Hibridación -Ciclos cerrados -Desaparición de empleos 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Fuente: AMETIC
- 6. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Actualidad Nacimiento Sistemas Multiagente: -Un entorno -Un conjunto de objetos -Un conjunto de agentes -Un conjunto de relaciones que unen objetos -Un conjunto de operaciones -Operadores que representan la aplicación de operaciones 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Fuente: slideshare.net Fuente: innovaticias.com
- 7. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Justificación Referencias: Proposal of an agent-based analyticalmodel to convert industrial areas in industrial eco-systems, 2013 -Modelo EIP MAS2: an integrated modeling and simulation-based life cycle evaluation approach for sustainable manufacturing, 2013 - Modelado del cálculo del índice metabólico The conceptual model of an eco-industrial park based upon ecological relationships, 2008 -Plantas descomponedoras Documento IDAE, Central hidroeléctrica a pie de presa, de los Hurones, Algar, Cádiz, 2002 -Modelado central hidroeléctrica Cuantificación de energía de una planta mareomotriz, López-González J., 2009 -Potencia central mareomotriz The history of the word “metabolism”. Journal of the History of Medicine and Allied Sciences, 158‐180. -Estado del arte Cálculo de la energía generada por un sistema fotovoltaico conectado a red: aplicación docente, 2010 -Potencia central fotovoltaica 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones
- 8. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Justificación Referencias: Ecodiseño: Ingeniería sostenible de la cuna a la cuna (C2C), Aguayo Fco, Lama Ruiz J.R., 2013 -Ppio de Cradle to cradle y análisis de inventario (ACV) Multi‐Agent Systems. Addison‐Wesley, 1999 -Sistemas multiagentes Materials and the Environment: Eco‐informed Material Choice. Butterworth‐Heinemann, 2009 -Asignar valores para el modelo Eliminación del díóxido de carbono y otros gases, Universidad de Sevilla, 2011 -Sistema de eliminación de gases efecto invernadero Bellifemine, F., Caire, G., & Greenwood, D. Developing multi-agent system with JADE, 2004 -Enteder Jade y programación de agentes 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones
- 9. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Justificación Favorecer la transformación hacia una mayor sostenibilidad 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Aprendizaje del funcionamiento del medio natural Plantas adecuadas Generación renovable BASES SMA GESTIÓN EIP 1. Fuente: Proposal of an agent-based analyticalmodel to convert industrial areas in industrial eco-systems, 2013 1
- 10. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado Análisis: Diagrama de clases Análisis de requerimientos: Casos de usos Interacción: Diagrama de Secuencias 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Caso de uso básico del comportamiento del EIP. Solicitud de recurso. Fuente: Aprendiendo UML En 24 Horas, 2001
- 11. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado B. Conocimiento Energía Energía renovable 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones
- 12. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado B. Conocimiento Energía Planta Industrial: -Planta Fabricación (Consumidora) -Planta Descomponedora 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones
- 13. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado B. Conocimiento Proceso/Recurso 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones 1
- 14. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado B. Conocimiento Proceso/Recurso 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones 1
- 15. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado Recursos: Índice metabólico: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Índice metabólico Eficiencia Ciclicidad Toxicidad - Índice eficiencia - Índice ciclicidad - Índice toxicidad 𝑇 = 𝑇𝑅 ∙ 𝛾1 + 𝑇𝑁 ∙ 𝛾2 + 𝐹𝑂 ∙ 𝛾3 𝑇𝑅 + 𝑇𝑁 + 𝐹𝑂 𝐶 = 𝑇𝑅 ∙ 𝛽1 + 𝑇𝑁 ∙ 𝛽2 + 𝐹𝑂 ∙ 𝛽3 𝑇𝑅 + 𝑇𝑁 + 𝐹𝑂 𝜀 = 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 ∙ 𝛼1 + 𝐴𝑔𝑢𝑎 ∙ 𝛼2 𝑃𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 + 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐼𝑛𝑑. 𝑀𝑒𝑡𝑎𝑏ó𝑙𝑖𝑐𝑜 = 𝜀 ∙ 𝛼′ + 𝐶 ∙ 𝛽′ + 𝑇 ∙ 𝛾′ 3 Fuente: MAS2: an integrated modeling and simulation-based life cycle evaluation approach for sustainable manufacturing, 2013
- 16. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado Diagrama de actividades: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones 1
- 17. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Modelado Diagrama de actividades: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones 1
- 18. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Resumen EIP: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones PLANTA DE FABRICACIÓN 01 PLANTA DE FABRICACIÓN 02 PLANTA DE FABRICACIÓN 03 PLANTA DE FABRICACIÓN 04 PLANTA DE FABRICACIÓN 05 PLANTA DE FABRICACIÓN 06 A.I. RECURSOSA.I. ENERGÍA HIDROELÉCTRICA FOTOVOLTAICA GEOTÉRMICA MAREOMOTRIZ TRIGENERACIÓN EÓLICA
- 19. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Escenario: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Diseño mediante software CatiaV5 de la rueda mejorada del primer automóvil.
- 20. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Escenario: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones 1 2 3 4 Detalle de la llantaNº Pieza Material 1 Buje Acero 2 Radio Aluminio 3 Llanta Perímetro Madera Tachuelas Aluminio 4 Cubierta Polisopreno
- 21. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Cantidad de piezas necesarias para un conjunto: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Tipo de recurso Flujo de entrada (%) Acero 23,5 Aluminio 30,4 Madera 34 Polisopreno 11,6 Component Sub-Component Mass[kg] Buje (x1) 0,235 Radio (x8) 0,036 0,288 Llanta (x4) 0,089 0,356 Perímetro 0,085 Tachuelas(x4) 0,004 Cubierta (x1) 0,116 Conjunto 1 Tipo de Recurso % Acero Aluminio Madera Polisopreno Pieza Cantidad Buje 1 Radio 8 Llanta Perímetro 4 Tachuelas 32 Cubierta 1
- 22. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Cálculo Índices: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Pieza Eficiencia % Ciclicidad % Toxicidad % Índice Metabólico (%) Buje 41,2 50,6 50 47,1 Radio 33 69,7 48,7 48,2 Llanta Perímetro 82,2 86,4 38,7 65 Tachuelas 15 69,7 48,7 37,1 Cubierta 72,3 27,1 23,2 35,7 0 20 40 60 80 100 Perímetro Tachuelas Buje Radio Llanta Cubierta Índice Metabólico
- 23. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Análisis de inventario: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Caucho (polisopreno) Moldeo por inyección Aluminio Fundición Ensamblado Entradas de material Procesos Productos/ Coproductos Mecanizado Radio (8 subproductos) Cubierta Acero DesmoldeadoFundición Corte Mecanizado (taladro + torno) Buje Ensamblado Madera (pino) Vaporizado Corte Taladro Perímetro de la llanta Aluminio Fundición Corte Tachuelas de la llanta Ensamblado (llanta) RUEDA (Producto final) Uso Desensamblado Trituración Depósito en vertedero / incineración Reciclado
- 24. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Planta de fabricación 01 (P01): 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Buje Proceso Desmoldeo Cortadora Taladradora Torno Puente Grúa Potencia (kW) 2 12 2 15 20 51 Radio Proceso Cortadora Torno Potencia (kW) 10 15 25 Perímetro Proceso Vaporizado Cortadora/Taladradora Potencia (kW) 15 15 30 Tachuelas Proceso Cortadora Potencia (kW) 13
- 25. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Planta de fabricación 01 (P01): Planta 1. Proceso Buje 2. Proceso Radio 3. Proceso Llanta 4. Ensamblaje 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones
- 26. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Planta de fabricación 02 (P02): 1. Proceso Cubierta 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Cubierta Proceso Puente grúa Mezcladora Trituradora Vulcanizadora Potencia (kW) 15 10 10 15 50
- 27. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Energía proceso de fabricación de rueda: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Potencia P01 (kW) 119 169 Potencia P02 (kW) 50 P01 Buje P01 Radio P01 Perímetro P01 Tachuelas P02 Cubierta 0 10 20 30 40 50 60 Potencia demandada fabricación: Rueda
- 28. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Netbeans Jade 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Se crea nuevo agente Planta01. Crear Agente Planta.
- 29. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación AI Planta-AI Recurso 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones Elige recurso
- 30. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación AI Planta-AI Recurso - Índices elegidos vs índices objetivo 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones 36 16 40 35,7 0 10 20 30 40 50 n1 n2 n3 Polisopreno Índicemetabólicopolisopreno 32 38 52 47,1 0 10 20 30 40 50 60 n1 n2 n3 Acero Índicemetabólicoacero 30 46 50 48,2 0 10 20 30 40 50 60 n1 n2 n3 Aluminio Índicemetabólicoaluminio 40 32 73 65,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 n1 n2 n3 Madera Índicemetabólicomadera
- 31. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación AI Planta-AIEnergia 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones AI_planta
- 32. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Simulación Resumen escenario: 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones A.I Energia 35,7
- 33. Contenido Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla Conclusiones Objetivos cumplidos: -Estado del arte -Crear modelo del EIP -Crear un SMA y simulación del EIP Dificultades: -Investigación -Modelo -Programación -Recrear escenario para la aplicación del SMA diseñando producto Resultados: -Aprender algo nuevo, enfrentándome a nuevos retos. -Conseguir trabajo relacionado con el tema del proyecto. 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial Actualidad Justificación Modelado Recursos Energía Casos de usos Diagrama Actividades Simulación Conclusiones
- 34. Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla TFG: DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN INDUSTRIAS 4.0: Aplicación a parque industrial MIGUEL ÁNGEL ESPINOSA SÁNCHEZ Grado: Ingeniería Eléctrica TUTORES: ALEJANDRO MANUEL MARTÍN GÓMEZ Dr. JUAN RAMÓN LAMA RUIZ 09/04/2017 Distribución de energía eléctrica en industria 4.0: Aplicación a parque industrial