jueves, 29 febrero 2024

Tres gemelos digitales para optimizar la eficiencia energética de los edificios

Los gemelos digitales, que permiten simular el funcionamiento de un objeto en un entorno virtual, están llamados a reducir de forma notoria los costes de la industria. Pero esta tecnología tiene aún mucho camino por recorrer en sectores como el energético o la construcción. Por eso, en el marco de Build Twin, la Universidad de Navarra y AIN investigan tres de estos modelos para mejorar la climatización en un edificio del campus. El proyecto está coordinado por ADItech, agente coordinador del SINAI, y financiado por el Gobierno de Navarra.


Pamplona - 29 noviembre, 2023 - 05:59

Adrián Eciolaza (AIN), Jesús López Fidalgo (UN) y Mabel Morales (UN), trabajando en el modelado del edificio Amigos. (Fotos: Edu Sanz)

Desde videojuegos como Los Sims hasta los ideales más febriles del metaverso. La experiencia de replicar las propias características físicas, gustos y preferencias del mundo real en el virtual es una experiencia con la que muchos ya están familiarizados. Sin lugar a dudas, al lector puede resultarle atractiva la idea de poseer un doppelgänger o ‘doble’ digital, así como representaciones exactas de su casa, lugar de trabajo, barrio o ciudad. Aún mejor: ¿Y si este fuera inmune a las lesiones, el dolor o la vergüenza? Tras muchas simulaciones, las decisiones en la realidad física posiblemente se tomarían con un mayor porcentaje de precisión y acierto.

En los negocios, este mayor grado de certidumbre es muy valioso. Tanto es así que numerosas empresas han empezado a interesarse en poseer gemelos digitales de sus instalaciones, procesos, productos y servicios. Un estudio elaborado por McKinsey en 2022 indicó que «el 70 %» de los directivos de tecnología de las grandes compañías ya están explorando e invirtiendo en esta tecnología.

En esta línea, las industrias automovilística, aeroespacial y de defensa son las más avanzadas, mientras que negocios especializados en logística, infraestructuras y energía se encuentran desarrollando sus primeras iniciativas. Precisamente, varios grupos de investigación de la Universidad de Navarra, especializados en inteligencia artificial, Big Data y arquitectura, han encontrado una oportunidad para investigar su uso en estos campos.

Quienes deseen conocer más a fondo el proyecto pueden hacerlo a través de este enlace

«Cuando hablamos de un gemelo digital, hablamos de una herramienta que reduce dramáticamente los costes de las mejoras en una empresa. Eso sí, hay que recordar que es incapaz de reproducir todas las circunstancias y detalles de un objeto. Aun centrándose en un ámbito específico, son modelos matemáticos muy complejos, donde todo esta perfectamente explicado con cientos de miles de variables y relaciones entre ellas», explica Jesús López Fidalgo, catedrático en Estadística y director del Instituto de Ciencia de los Datos e Inteligencia Artificial del centro educativo.

El edificio Amigos cuenta con más de trescientas zonas térmicas a las que se pretende ampliar el modelado.

El edificio Amigos cuenta con más de 300 zonas térmicas, que los gemelos digitales desarrollados pretenden replicar.

Este fue precisamente uno de los obstáculos que identificaron en el centro educativo durante el desarrollo de un gemelo digital para el edificio Amigos del campus. Una herramienta con la que pretenden reducir el consumo energético de sus instalaciones, así como elevar el confort de los usuarios. Por eso, y con el ánimo de determinar la mejor manera de abordar este reto, concibieron un proyecto junto a la Asociación de la Industria Navarra (AIN).

Así nació Build Twin, una iniciativa que explora varias tecnologías como el modelado físico o las técnicas de Deep Learning. El proyecto está coordinado por ADItech, a su vez agente coordinador del Sistema Navarro de I+D+i (SINAI), y financiado por el Ejecutivo foral en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos.

MODELOS BLANCOS, NEGROS Y GRISES

La estructura de la iniciativa tiene dos fases de trabajo diferenciados. En primer lugar, la Universidad de Navarra y AIN desarrollaron tres gemelos digitales del Decanato de Económicas, basados en distintas aproximaciones y que pretenden ampliar a las más de trescientas zonas térmicas del edificio. «La idea era empezar con algo sencillo para escalarlo cuando hayamos establecido la mejor manera de hacerlo», especifica Adrián Eciolaza, ingeniero del Grupo de Inteligencia Artificial en la Unidad de Tecnologías Digitales de AIN.

«El equipo de Arquitectura desarrolló un modelo blanco, que tiene en cuenta las ecuaciones físicas o matemáticas de todos los detalles del edificio, de modo que podemos ver el cálculo que le lleva concluir los resultados. El modelo negro, desarrollado por AIN, basa todas sus predicciones en unas redes neuronales que sacan sus conclusiones a partir de una serie de datos que le damos para que aprenda. Por lo tanto, no sabes qué está sucediendo para que concluyan lo que concluyen, pero es mucho más rápido. Y el gris es una mezcla entre los anteriores dos», detalla Mabel Morales, investigadora de la institución educativa.

El equipo instalará más de sesenta sensores en el edificio para obtener datos sobre su consumo energético y climatización.

Al mismo tiempo, y de forma paralela, se están recogiendo datos reales de parámetros como la temperatura, la humedad o la concentración de partículas. La información proviene de sensores ya instalados en el edificio y de otros que están siendo implementados en el marco del proyecto, así como de los consumos energéticos. «En total, instalaremos más de sesenta -añade Morales- con el objetivo de obtener un modelo basado en el funcionamiento real del edificio, que permita recalibrar los gemelos digitales». Por último, también se están llevando a cabo encuestas entre los usuarios del edificio para medir su confort.

NUEVAS ESTRATEGIAS DE EFICIENCIA CLIMÁTICA

De esta forma, ambas entidades esperan comparar los tres modelos en función de su utilidad para distintas tareas, como determinar la temperatura óptima a la que poner la calefacción al día siguiente o realizar cambios estructurales en las instalaciones. Este va a ser el foco de la segunda fase del proyecto, que acaba de comenzar hace escasas semanas.

Este análisis conllevará, a su vez, importantes avances dentro de la investigación en gemelos digitales. «Se han hecho modelos de caja negra, blanca y gris, pero no se han comparado estos modelos de un mismo edificio entre sí.  Por un lado está la eficiencia energética, que es el ahorro medioambiental, pero luego a nivel económico es interesante la comparación entre los tres modelos para ver sus ventajas e inconvenientes», reflexiona Eciolaza.


To Top