Integración de estrategias de diseño ecológico en los procesos de fabricación de aeronaves
El sector de la aviación comercial es responsable de aproximadamente el 2-3 % de las emisiones mundiales de carbono. Los fabricantes de la industria aeroespacial están estableciendo objetivos para reducir las emisiones, como el compromiso de Rolls-Royce de lograr la neutralidad en emisiones de carbono de aquí a 2030 para sus propias operaciones, lo que permitiría a los agentes de este sector alcanzar esa neutralidad en 2050.
El reto: la evaluación del impacto ambiental durante el diseño
Determinar el desempeño ambiental en una etapa temprana del desarrollo de productos podría ayudar a fabricar componentes de aeronaves más eficientes, acelerar la toma de decisiones y reducir los plazos de comercialización. «El problema que los ingenieros afrontan hoy día a la hora de seleccionar materiales y procesos es que la conservación de datos medioambientales no suele yuxtaponerse al proceso de diseño del producto, ya que es difícil recopilar dichos datos hasta después de fabricar una pieza. La selección de materiales y procesos de fabricación depende tanto de sus propiedades (seguridad) como de sus costes, si bien el primer factor es el más importante para la industria aeroespacial», comenta Donna Dykeman, coordinadora del proyecto financiado con fondos europeos PLEIADES. El motivo por el que se ignora el desempeño ambiental es que los análisis del ciclo de vida (ACV) requieren mucho tiempo. «Un ACV para un único material puede durar seis semanas y es probable que los fabricantes de la industria aeroespacial tengan varios miles de listas de materiales para sus componentes aeronáuticos. Un medidor de energía instalado en el equipo que fabrica y ensambla los componentes de una aeronave proporciona una gran cantidad de datos primarios, pero generar estos datos para diferentes productos requeriría escalas temporales sumamente dilatadas», agrega Dykeman.
La solución: emplear datos de referencia y reducir la incertidumbre solo para los puntos de datos más relevantes
El equipo de PLEIADES empleó datos de referencia disponibles —es decir, datos que ya se habían recopilado durante años a través de fuentes primarias— y estimaciones/ecuaciones para extrapolar valores. «Los socios del proyecto calculan una reducción de entre uno y dos órdenes de magnitud en el tiempo requerido para asignar datos ambientales de referencia a una lista de materiales en comparación con el tiempo requerido para realizar un ACV completo para cada producto. El cribado de los datos de referencia permite a los ingenieros obtener tanto la calidad técnica como el impacto ambiental durante las primeras etapas del desarrollo del producto», explica Dykeman. El principal logro de PLEIADES consistió en la demostración de flujos de trabajo de diseño ecológico que integran aspectos ambientales y de sostenibilidad en la etapa de diseño conceptual. Las decisiones tomadas durante la etapa de diseño conceptual determinan más del 80 % de los costes de fabricación del producto y los impactos ambientales.
Nuevo «software»
Los socios del proyecto presentaron un «software» que recoge los aspectos del diseño ecológico en los procesos de ingeniería. Rolls-Royce proporcionó datos de especificaciones internas, materiales y procesos que se almacenaron en el paquete de «software» de gestión de información de materiales Ansys Granta MI Enterprise. Granta MI Enterprise permite cotejar las listas de materiales con normativas sobre sustancias prohibidas, materiales críticos y aspectos relativos a la responsabilidad social de dichos materiales problemáticos, así como adscribir datos ambientales de referencia de MaterialUniverse, un conjunto de datos con más de cuatro mil materiales y procesos disponibles comercialmente. La Universidad de Surrey evaluó las incertidumbres en los datos ambientales de referencia. «A veces, la huella de carbono de un material varía en más/menos un 100 % en función de las reglas aplicadas al modelo de ACV, la ubicación de la medición, etc. Realizamos un análisis de sensibilidad para evaluar la facilidad con la que un impacto ambiental está afectado por tales variables y nos centramos en aquellos materiales con el mayor impacto ambiental para perfeccionarlos a través del ACV», apunta Dykeman. La Universidad de Surrey empleó el análisis de sensibilidad junto con una herramienta de gestión de la incertidumbre basada en el concepto de una «matriz de pedigrí». Por último, la Universidad de Stuttgart y Sphera, socios del proyecto, emplearon el «software» de GaBi para proporcionar mejores cálculos del desempeño ambiental de un material o del proceso de fabricación.
Palabras clave
PLEIADES, ACV, desempeño ambiental, datos de referencia, datos ambientales, diseño conceptual