Gemelos digitales en la industria oleícola: una nueva era para las almazaras

En la era de la Industria 4.0, el concepto de “Gemelo Digital” ha cobrado especial relevancia en distintos sectores industriales. Se trata de una réplica virtual de un objeto, proceso o sistema físico que se actualiza de manera continua con datos en tiempo real. Esta tecnología permite simular, analizar y optimizar el rendimiento de su contraparte física, facilitando la toma de decisiones y mejorando la eficiencia operativa.

El funcionamiento de un gemelo digital se basa en la recopilación de datos mediante sensores IoT (Internet of Things), que luego se integran en modelos de simulación y análisis. Estos modelos permiten visualizar y predecir el comportamiento del sistema bajo diferentes condiciones, optimizando procesos y facilitando el mantenimiento predictivo. En la actualidad, su uso se ha extendido en industrias como la manufactura, la salud, la aviación y la producción agroalimentaria, incluyendo la elaboración de aceite de oliva.

Gemelo digital de almazara como caso de uso

Las almazaras o fábricas de producción de aceite de oliva son instalaciones donde se lleva a cabo el proceso de transformación de la aceituna en aceite. Dado que la calidad del producto final depende en gran medida del control de múltiples variables durante la producción, la implementación de gemelos digitales en estos entornos representa una oportunidad significativa de optimización.

En el caso concreto analizado, en el ámbito del proyecto Smart-o-live, se ha desarrollado un sistema ciberfísico que integra un gemelo digital con un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) en 3D para una almazara. Este sistema recopila datos en tiempo real a partir de sensores instalados en la maquinaria de la almazara, permitiendo la supervisión y el análisis del proceso productivo.

El modelo de gemelo digital en esta almazara se basa en varias tecnologías clave:

• Internet de las Cosas (IoT): Sensores inteligentes capturan datos de temperatura, humedad, presión y otras variables críticas del proceso productivo. Estos datos se transmiten a través de redes de comunicación estandarizadas como OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture).
• Modelado y simulación 3D: Se emplean herramientas de diseño asistido por ordenador (CAD) y motores gráficos avanzados para recrear el entorno de la almazara en un espacio virtual tridimensional, facilitando la visualización del proceso en tiempo real.
• SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 3D: Un sistema de supervisión avanzado que permite la interacción con los datos capturados mediante interfaces gráficas intuitivas, mejorando la capacidad de gestión y toma de decisiones. En este caso ha sido desarrollado con tecnología Siemens, concretamente con WinCC-OA.

La combinación de estas tecnologías permite no sólo una monitorización efectiva, sino también la predicción de posibles fallos en la maquinaria, optimizando la producción y reduciendo tiempos de inactividad.

Descripción técnica de la solución

El desarrollo del gemelo digital aplicado a la almazara se basa en una arquitectura ciberfísica que combina tecnologías de modelado 3D, comunicación de datos y supervisión en tiempo real. A continuación, se describen los principales componentes de la solución:

• Arquitectura del sistema. El sistema se estructura en tres capas principales:
  1. Capa de percepción: compuesta por sensores IoT desplegados en la almazara, los cuales capturan datos operacionales clave tales como temperatura, presión y velocidad de los equipos.
  2. Capa de comunicación: los datos recopilados por los sensores se transmiten mediante protocolos de comunicación industrial, como OPC-UA, asegurando una conexión segura y eficiente con los servidores de procesamiento.
  3. Capa de aplicación: incluye el modelo digital de la almazara desarrollado en un entorno de simulación 3D, donde se visualizan y analizan en tiempo real los datos obtenidos.
• Motor de simulación 3D: se ha empleado un entorno gráfico avanzado que permite la recreación precisa de la infraestructura de la almazara. Este motor de simulación no sólo facilita la visualización del proceso, sino que también permite la experimentación con diferentes condiciones operativas para evaluar el impacto de posibles cambios.
• SCADA avanzado: el sistema SCADA desarrollado permite la supervisión en tiempo real a través de interfaces interactivas, donde los operarios pueden visualizar alertas, consultar históricos de datos y ajustar parámetros operativos sin necesidad de intervención física en los equipos.
• Módulo de análisis predictivo: se ha implementado un sistema de inteligencia artificial que analiza patrones en los datos históricos y en tiempo real para predecir fallos en la maquinaria, optimizando así el mantenimiento preventivo.

Mejoras en la producción de almazara basada en gemelos digitales

La implementación de gemelos digitales en la producción de aceite de oliva ofrece una serie de beneficios clave:

• Monitorización en tiempo real: gracias a la integración de sensores IoT y sistemas SCADA 3D es posible supervisar continuamente el estado de la maquinaria y los procesos productivos, permitiendo detectar anomalías y optimizar el rendimiento.
• Optimización de procesos: los datos obtenidos del gemelo digital permiten simular distintos escenarios productivos para identificar mejoras en eficiencia y calidad.
• Mantenimiento predictivo: los modelos de Inteligencia Artificial aplicados al gemelo digital pueden predecir fallos en la maquinaria con base en patrones históricos, permitiendo realizar mantenimientos programados en lugar de reactivos.
• Reducción de costes y desperdicios: una mejor supervisión y optimización del proceso productivo minimiza el uso innecesario de recursos y reduce el desperdicio de materia prima.
• Formación y capacitación: gracias a la simulación 3D, los operarios pueden recibir formación en un entorno seguro antes de trabajar con la maquinaria real, reduciendo riesgos y mejorando la eficiencia en la operación.

Conclusiones

La aplicación de gemelos digitales en la industria del aceite de oliva representa un avance significativo hacia la modernización y optimización de la producción en almazaras. La combinación de sensores IoT, sistemas SCADA y simulación 3D permite mejorar la eficiencia, reducir costes y garantizar una mayor calidad del producto final.

A medida que la Industria 4.0 continúa evolucionando, la adopción de estas tecnologías se vuelve cada vez más relevante para las empresas del sector agroalimentario que buscan mejorar su competitividad y sostenibilidad. El uso de gemelos digitales en almazaras es un claro ejemplo de cómo la digitalización puede transformar un sector tradicional en una industria más eficiente e inteligente.