Clara Bilbao

Hacia una fabricación de composites energéticamente eficiente mediante la aplicación de tecnologías digitales innovadoras al proceso de conformado SMC

Motivado por las demandas del sector

El conformado SMC (Sheet Molding Compound) es el proceso de referencia en cuanto a tecnologías de transformación que utilizan materiales compuestos. Actualmente el proceso de SMC representa el 26 % de la producción de composites a nivel europeo. El volumen de producción de los principales fabricantes europeos – algunos de ellos con plantas productivas en España – alcanza las 265.000 toneladas/año. Aunque la mayor parte incorpora como refuerzo fibra de vidrio, algunos de estos fabricantes ya han comenzado a comercializar el SMC con fibra de carbono, siendo sus principales mercados de aplicación los sectores del transporte/automoción, eléctrico y construcción.

El conformado SMC se caracteriza por un elevado consumo energético, al permitir la elaboración de piezas complejas con alta cadencia. De ahí que se hayan identificado necesidades de investigación y mejora para la optimización del proceso, tanto a nivel de tiempos de ciclo como de consumo energético, así como de formulación de materias primas.

A su vez, debido a la adopción cada vez mayor del SMC como tecnología de fabricación de componentes de automoción, estas necesidades se han visto amplificadas. Se trata de un sector altamente competitivo, por lo que la optimización del proceso es crítica, no sólo a nivel de precios, sino también a nivel de tiempos de proceso y calidades de pieza. Por tanto, la formulación de SMC empleada, junto con el control de calidad que asegure que los cambios que se introduzcan en el proceso – buscando la optimización energética – no repercutan de forma negativa en la calidad de la pieza obtenida, se convierten en parámetros clave a controlar.

En este escenario de oportunidad, surge el proyecto OPENSMC4.0 para abordar el reto de investigar en la aplicación de tecnologías digitales 4.0 a las distintas fases del proceso de conformado SMC, con objeto de optimizar su consumo energético, su coste y su impacto medioambiental, contribuyendo de este modo a mejorar la competitividad de las empresas del sector y a facilitar su transición energética.

Iniciativa en colaboración
OPENSMC4.0 es un proyecto de investigación industrial impulsado y coordinado por el Centro Español de Plásticos (CEP), con el apoyo del Cluster de Energía del País Vasco, ambos en calidad de Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEI), y que cuenta con la participación de 4 empresas de marcado perfil innovador (Barbara, Bestplant, Moldes Ura y Pretec) y dos centros tecnológicos de reconocido prestigio en el sector (GAIKER y el Instituto Tecnológico de Castilla y León).

Apuesta por la innovación tecnológica

OPENSMC4.0 tiene como objetivo lograr la optimización energética del proceso de fabricación de piezas con el proceso de conformado de SMC, como llave para la mejora de la competitividad de las empresas desde una perspectiva integrada de transición energética e industria 4.0.

Para ello, los resultados del proyecto girarán en torno a la investigación de una nueva formulación de SMC que proporcione menores temperaturas de curado y tiempos de proceso, un sistema inteligente de gestión energética que sea capaz de recoger información del proceso, combinarla con un gemelo digital del mismo y seleccionar estrategias de optimización y control, cuantificando su impacto energético y económico en la cadena de valor. De este modo, se dotará a las empresas tanto de herramientas para desplegar la mejora energética como de información para la toma de decisiones estratégicas.

Para alcanzar dicha meta, se abordan trabajos de investigación industrial en los tres elementos clave del proceso: la prensa de termo-conformado, el proceso de diseño del molde y en la formulación del material, analizando el detalle los parámetros de proceso que condicionan el comportamiento energético de dichos elementos, con el objetivo de identificar aquellas estrategias (de diseño, gestión o control) que logran optimizar el desempeño energético.El proceso de investigación industrial se enfoca en 3 grandes pilares de trabajo:
1. Diseño desde el punto de vista de la formulación del material preimpregnado para SMC, del diseño del molde y de los parámetros de proceso de termoconformado.
2. Monitorización del proceso y recogida y analítica de datos en tiempo real.

3. Generación de un modelo digital que permita de forma intuitiva visualizar la evolución de los datos y comportamiento de prensas y moldes.

En cada uno de ellos se emplean tecnologías innovadoras y habilitadoras de la Industria 4.0 para el estudio energético de los procesos, diseño de gemelo digital, detección de anomalías y propuesta de estrategias de optimización y control. Dentro de este ámbito, cabe destacar tecnologías como el IoT y Big Data para monitorización, simulación y computación en la nube para el proceso de digitalización y la integración de sistemas, trasladando la inteligencia artificial a la computación en el Edge para la elaboración de sistemas de gestión energética inteligente capaces de tomar decisiones en tiempo real, optimizando al máximo el consumo y garantizando la seguridad de los datos.

Desde un punto de vista estratégico, el proyecto aborda las principales problemáticas energéticas y medioambientales del sector industrial, alineándose para ello con los principales objetivos estratégicos europeos y nacionales de cara al desarrollo sostenible basado en la descarbonización y el uso eficiente de los recursos.

En este sentido, se plantea el uso eficiente de recursos energéticos y otros aspectos relacionados con la optimización de la producción tales como la formulación del material preimpregnado usado en el proceso de fabricación de piezas mediante termoconformado del SMC, el enfoque de la mejora del diseño del molde, de forma que se optimice la transmisión térmica, las inercias térmicas o las pérdidas, estableciendo estrategias para posibilitar la adaptación y reutilización de moldes obsoletos mediante la investigación de las potenciales mejoras y de cómo se van a incorporar, y optimizando las condiciones de diseño del molde (estanqueidad, capacidad de transferencia/disipación de calor, aislamiento) para lograr un proceso óptimo en el sentido de minimización de las necesidades energéticas y de desechos de material.

De forma holística, en este proyecto se considera el comportamiento energético durante el funcionamiento del proceso desde un enfoque integrado de consumo de energía, coste económico e impacto ambiental dirigido hacia una transición energética. En este caso, el objetivo es satisfacer las necesidades de producción (volumen, cadencia y calidad) con el menor consumo energético posible. Para ello se plantean estrategias de gestión inteligente, optimización dinámica de consignas de funcionamiento y gestión inteligente de consumos en periodos de parada o espera.El resultado principal del proyecto OPENSMC4.0 será una plataforma digital de gestión energética inteligente que recoge el conocimiento generado y lo transmite a través de la comparación del gemelo digital del proceso de SMC con los datos tomados a tiempo real a través de proceso de digitalización y modelado. Ésta interactúa tanto con persona como con máquina, facilitando información sobre el estado del proceso y las estrategias de optimización alcanzables para el primero y actuando directamente y de manera dinámica sobre el sistema de control para mantener el proceso en un punto de eficiencia óptima para el segundo.

Dicha plataforma digital se basa en tecnologías innovadoras y habilitadoras de la Industria 4.0 aplicadas a un gemelo digital, que sea capaz de transformar los datos monitorizados por una empresa en conocimiento aplicable para la optimización energética de su proceso productivo. Esta plataforma actuará como un modelo de interacción entre la empresa y el propio gemelo virtual donde existe un flujo de datos que se introduce en la plataforma y se convierte en información útil, lo que permite devolver esa información a la empresa en forma de conocimiento para la puesta en marcha de diversos tipos de mejoras.

El estudio del proceso de conformado de SMC definirá la sensórica a implementar, la estrategia de monitorización y optimización energética a desarrollar, y el digitalizado del proceso a optimizar, obteniendo los parámetros críticos del proceso de conformado de SMC y estudiando, desde un punto de vista teórico, el consumo actual de la prensa y los equipos periféricos durante todo el proceso de conformado, que se comparará con los resultados prácticos obtenidos por el estudio del proceso real.

Impacto en la digitalización y la competitividad de las empresas

Los resultados del proyecto en relación con el avance del estado de la técnica de monitorización del conformado de SMC impactarán positivamente en todos los agentes de la cadena de valor de la industria de la transformación de composites por SMC, diseño, formuladores de SMC,  moldistas, transformadores y recicladores, permitiendo a las empresas lograr una mayor eficiencia de los recursos en los procesos de producción y una mayor capacitación tecnológica, a la par que un menor efecto negativo en el medioambiente de la actividad productiva que desarrollan las empresas de fabricación de composites por SMC, un significativo ahorro energético y nuevas formulaciones, elementos muy demandados por estas empresas en el momento actual de altos precios de la energía y de las materias primas.

Además, la realización de este proyecto permitirá investigar una tecnología de monitorización en cavidad (in-mould monitoring) relacionada con los datos de consumo energético de la prensa y periféricos que, junto a una formulación de SMC adecuada a los parámetros de proceso, permitirá verificar que la optimización energética no está reñida con el requerimiento de obtención de pieza buena. Todo esto se realizará sobre un molde de más de 30 años, lo que sentará las bases para el desarrollo de un sistema que permitirá el aumento de la vida útil tanto del parque de moldes, como de la maquinaria en activo del resto de empresas del sector.Además, OPENSMC4.0 despliega algunos elementos clave para acelerar la digitalización del sector de plástico, y en concreto, en el proceso de conformado de SMC con la monitorización y análisis del proceso que permita optimizar el consumo energético de éste sin perder calidad en la pieza final. El empleo de sistemas inteligentes aplicados sobre infraestructuras optimizadas tanto en Cloud como Edge, junto con el gemelo digital, garantiza el análisis adecuado de datos para la selección de parámetros que permitan la consecución del objetivo general del proyecto, así como las directrices de los componentes a adaptar y/o actualizar tanto de la máquina como de sus periféricos u otros componentes tales como el molde.

Proyecto subvencionado por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo dentro del programa de apoyo a las Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEI) para contribuir a la mejora de la competitividad de la industria española, así como de la Unión Europea a través del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia

PINE avanza en el cálculo de la huella de carbono de sus productos con el apoyo de GAIKER

En este proyecto se ha logrado desarrollar una sistemática para calcular la huella de carbono de los equipos eléctricos en baja tensión y celdas de media tensión.

La empresa PINE, especializada en instalaciones eléctricas en alta y baja tensión, y el Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance, BRTA, participan en un proyecto, liderado por el Foro Marítimo Vasco, en el marco del Programa de Agentes Intermedios 2022 de la Diputación Foral de Bizkaia, cuya finalidad es fomentar la descarbonización. Para ello, uno de los principales logros de PINE ha sido desarrollar una sistemática para calcular la huella de carbono de sus equipos eléctricos en baja tensión y celdas de media tensión.

PINE, perteneciente al Grupo Zima, mantiene una destacada trayectoria desarrollando proyectos eléctricos en múltiples áreas, que incluyen los sectores naval, energético, industrial, renovables en tierra y offshore y ferroviario. Además, la calidad de sus desarrollos y el reconocimiento por parte de sus clientes se apoya en su compromiso con la mejora continua, la seguridad y la sostenibilidad.  

Dentro de su estrategia de sostenibilidad, PINE tiene como objetivo reducir al máximo su contribución a las emisiones de gases de efecto invernadero, para lo que está avanzando en el cálculo de la huella de carbono de sus procesos de cara a su monitorización. Por esta razón, actualmente, ha dado un paso más para abarcar también el cálculo de la huella de carbono de sus equipos eléctricos participando en este proyecto.

Como primer paso en la implantación de esta sistemática se ha calculado la huella de carbono de uno de sus productos. Este cálculo, basado en la norma ISO 14067:2018, considera todo el ciclo de vida del cuadro eléctrico, desde la fabricación de las materias primas y componentes, hasta su fin de vida, pasando por el montaje, instalación y la fase de uso.

GAIKER ha participado en este proyecto como agente tecnológico de apoyo en el desarrollo de las actividades en la empresa, ya que cuenta con amplia experiencia en el desarrollo de proyectos dirigidos a aumentar la sostenibilidad del tejido empresarial vasco, así como en el cálculo de la huella de carbono de procesos, productos y servicios.

Como resultado del proyecto, PINE no solo puede comunicar ya a sus clientes la huella de carbono de un equipo eléctrico específico, aspecto cada vez más demandado en el mercado, sino que cuenta con una base de datos propia de partida y una forma de trabajo que le permitirá extender este cálculo al resto de sus productos progresivamente.

Nuevos proyectos de captación

Trabajamos en nuevos proyectos nacionales e internacionales

Programa de apoyo a las Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEI)

  • TeraMAT: Control y formulación de materiales sostenibles en base a nuevas tecnologías digitales basadas en la interacción electromagnética con los materiales plásticos reciclados y biobasados en el rango de los terahercios.
  • OPENSMC 4.0: Investigación en tecnologías de optimización energética, a través del diseño, la monitorización y digitalización, del proceso de comformado de SMC.
  • DIGITAP: Plataforma digital para la vigilancia, prevención y optimización del sistema de abastecimiento de agua.
  • Circular PIT: Optimización de operativas en almacenes a granel gracias a la identificación y caracterización de materiales a través de Visión e Inteligencia Artificial.

Financiado por el Ministerio de Industria, comercio y turismo.

Programa proyectos de colaboración público-privada

  • Productos saludables basados en proteína y grasa cultivada de cerdo de Teruel.

Financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.

Programa Red Cervera

  • MARFIL: Desarrollo de polímeros de fuentes renovables con propiedades mejorada para su aplicación en sectores industriales de alto consumo y valor añadido.

Programa Elkartek 2023

  • IDEA III: Investigación en nuevos materiales y procesos para una electrónica impresa integrada y sostenible. Coordinado por GAIKER
  • NEOPLAST 2: Generación de productos químicos de alta calidad y pureza a partir de procesos de reciclado químico de residuos plásticos complejos para los sectores industriales de Euskadi. Coordinado por GAIKER
  • ECOLAJE: Moldes de fabricación aditiva y termoconformado de láminas ESD para embalajes funcionales en economía circular.
  • HIPERION II: Generación de conocimiento y capacidades para nuevas tecnologías espaciales y futuras misiones planetarias.
  • FOTOPOL: Tecnologías circulares y eficientes de fabricación de composites basadas en fotopolimerización.
  • ONTZHI: Tecnologías claves para el almacenamiento y transporte de hidrógeno.
  • RESTART (Tipo 2): Desarrollo de composites biobasados y/o reciclables para el sector transporte mediante tecnología RTM.
  • BIOGUNE: Desarrollo de aplicaciones de medicina de precisión para la predicción de la fragilidad y el envejecimiento saludable.
  • BIOMAGUNE: Desarrollo de materiales biocatáliticos para su aplicación en bioeconomía y biomedicina.
  • µ4Smart: Microsistemas Avanzados y Sostenibles Integrados en la Fábrica Inteligente y Digital.
  • SIRMYNA: Nuevos Materiales y Procesos para Tratamientos Fisicoquímicos de Aguas.  

Financiados por el Departamento de Desarrollo Económico, Sosteniblidad y Medio Ambiente del Gobierno Vasco.

Programa Transferencia Tecnológica 2023

  • SUPERBIO. Bio-materiales poliméricos y refuerzos con superior contenido biobasado a partir de biomasa lignocelulósica

Financiado por la Diputación Foral de Bizkaia dentro del Programa Transferencia Tecnológica 2023 y cofinanciado por  FEDER.

Programa HORIZON

  • ECORES WIND: Novel circular resin development for composite structures in wind energy applications. Coordinado por GAIKER
  • TRANSEATION: Advancing ecosystem-based management through hybrid blue-grey infrastructures in marine and coastal areas
  • SUNRISE: Safe and sustainable by design: integrated approaches for Impact assessment of advanced materials

Financiados por la Unión Europea.

Nueva planta piloto para el reciclado químico de residuos de PET complejos

Este equipo permite escalar los procesos de reciclado químico a un tamaño adecuado entre los procesos de laboratorio y las plantas industriales

El Centro Tecnológico GAIKER, miembro de Basque Research & Technology Alliance (BRTA), junto a la empresa suiza POLYMETRIX AG han desarrollado una tecnología innovadora y construido una nueva planta piloto para el reciclado químico de residuos de PET.

Este equipo posee un reactor químico de 150 L y una serie de etapas de post-tratamiento y purificación en discontinuo y en continuo que le permite producir monómeros químicos de alta pureza, válidos para la síntesis de nuevo PET, incluso de grado alimentario, y otros productos de alto valor añadido como resinas de PU, de poliéster insaturado, de pinturas, etc. Así, puede dar respuesta a las necesidades de diferentes sectores como el del reciclaje de residuos plásticos, la petroquímica y la síntesis de polímeros, mientras promueve la economía circular.

Gracias a esta planta, GAIKER puede evaluar la aptitud de los residuos de PET complejo para la producción de monómeros químicos de alta pureza y definir las bases de diseño para plantas industriales de tratamiento de estos residuos. Además, puede generar muestras de los diversos flujos del proceso para las diferentes etapas que permiten definir los parámetros de escalado y de calidad en cada una de ellas.

Ámbito de Reciclado y Economía Circular
GAIKER es experto en Reciclado y Economía Circular. Trabaja en la caracterización y el tratamiento de corrientes de materiales procedentes de residuos pre y post-consumo de todos los orígenes, utilizando innovadores sistemas de identificación y separación. Asimismo, desarrolla tanto procesos de reciclado químico (pirólisis y solvólisis), siguiendo los conceptos de Plastic2Plastic, Plastic2Chemicals y Plastic2Oil&Gas para obtener monómeros, productos químicos, aceites de pirólisis, syngas y nuevos plásticos circulares, como tecnologías para la preparación de combustible sólido recuperado (CRS). Además, mide y mejora la sostenibilidad de los productos y procesos desarrollados mediante herramientas de análisis de ciclo de vida (LCA, LCC, SLCA, LCSA) y la aplicación de metodologías de ecodiseño (DfX, SSbD).

Detección de endotoxinas

Ensayos prácticos, fiables y rápidos

En GAIKER realizamos pruebas LAL (Limulus Amebocytes Lysate) y MAT (Monocyte Activation Test) para determinar la presencia de endotoxinas en muestras y sustancias utilizadas en la industria farmacéutica, en dispositivos con finalidades biomédicas y en productos cosméticos.

  • LAL: ensayo in vitro para determinar la presencia de endotoxinas provenientes de bacterias gram negativas. Método estándar.
  • MAT: ensayo in vitro que no utiliza reactivos de origen animal y refleja el sistema inmunológico humano. ¡Nuevo método de análisis!.

Ensayos prácticos, fiables y rápidos que sirven como método de control de pirógenos en todas las etapas de producción de fármacos y productos cosméticos.

¡Garantiza la seguridad de tus productos!

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