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La digitalización apoya la investigación climática en el Reino Unido

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Hace unos 200 años, se plantaron robles en este bosque en Staffordshire para suministrar madera a la flota de barcos de madera de Gran Bretaña. Luego vino la revolución industrial. El acero reemplazó a la madera y el bosque fue olvidado. Si se deja crecer sin ser molestado, ahora tiene un propósito muy diferente: como sitio de investigación para el Instituto de Investigación Forestal de Birmingham, el experimento de enriquecimiento de dióxido de carbono en aire libre o BiFor FACE. Aquí, los científicos exponen árboles maduros a niveles elevados de CO2 para estudiar cómo los bosques podrían responder a un clima cambiante.

El Dr. Kris Hart, que tiene un doctorado en biogeoquímica del suelo y ahora se desempeña como Jefe de Operaciones en BiFor FACE, explica: “Queremos entender cómo el aumento relativamente repentino del CO2 atmosférico, impulsado por las emisiones de combustibles fósiles, está afectando la estructura y función del ecosystem forestal. Para hacer eso, estamos exponiendo secciones de muestra del bosque a los niveles de CO2 esperados para 2050 y estudiando todo, desde la fisiología de los árboles y las enfermedades hasta las plantas del sotobosque, los suelos y los insectos, básicamente todos los niveles que pueda imaginar”.

Este enfoque integral se basa en un control preciso y una entrega constante de CO2, junto con la recopilación de datos de alta calidad. El centro de ambos es nuestro hardware y software de automatización industrial.

Una actualización preparada para el futuro

Dentro del bosque, los árboles se agrupan en seis llamados arrays, cada uno rodeado de torres abiertas que permiten que el viento, la lluvia y los insectos se muevan libremente por el sitio. Tres de las matrices están expuestas regularmente a niveles elevados de CO2 en una forma altamente pura, que se obtiene como un subproducto de la digestión anaeróbica de los desechos de alimentos. En cada uno de estos arreglos de discos, alrededor de 30 puntos de entrega ubicados a diferentes alturas liberan CO2. Las tres matrices restantes sirven como gráficos de control para comparación.

Cuando se lanzó el proyecto en 2017, se eligió un lenguaje de programación basado en texto que operaba en PC para controlar los instrumentos responsables de liberar CO2 en las matrices. Con el tiempo, el sistema comenzó a mostrar su antigüedad y limitaciones, lo que llevó al equipo de BiFor FACE a buscar una alternativa más robusta y flexible, lo que los llevó al integrador de sistemas Transicon.

“Comenzamos escuchando atentamente las necesidades de los investigadores”, dice Jennifer Hughes, gerente general de Transicon. “Rápidamente quedó claro que la solución más efectiva y preparada para el futuro sería un sistema de control industrial construido en torno a las tecnologías de Siemens”.

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Rápidamente quedó claro que la solución más eficaz y preparada para el futuro sería un sistema de control industrial construido en torno a las tecnologías de Siemens.
Jennifer Hughes, Gerente General, Transicon

Fácil integración, puesta en marcha rápida

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Los ingenieros de Transicon ensamblaron un paquete completo de tecnologías Siemens para administrar la red de válvulas, analizadores de gas, sensores de viento y otros instrumentos en el sitio de BiFOR FACE, y para recopilar datos vitales. En el núcleo está el Simatic S7-1200 controlador lógico programable (PLC). Como cerebro del sistema, procesa datos en tiempo real, como patrones de viento, lluvia y exposición al sol para determinar cuánto CO2 liberar para mantener los niveles especificados. Los bloques de función PLC de simulación también se desarrollaron en el portal TIA (Totally Integrated Automation) de Siemens para replicar las condiciones operativas del mundo real para respaldar las pruebas del sistema.

Sensors y actuadores en todo el sitio están conectados al PLC a través del Simatic ET 200SP, un sistema modular de E/S que permite la recopilación confiable de datos y la ejecución de comandos en el campo. Gracias a su conmutación de estado sólido, el sistema está expuesto a un menor desgaste mecánico, lo que lo hace más robusto y menos propenso a fallas. Además, los módulos se pueden intercambiar en caliente sin interrumpir las operaciones.

Siemens WinCC, una plataforma SCADA, supervisa todo el proceso, proporcionando a los investigadores de BiFor FACE una visión clara y en tiempo real del estado del sistema. Las necesidades de mantenimiento ahora son más fáciles de identificar, lo que permite una solución de problemas más rápida y específica. Una innovación clave fue el desarrollo de un motor de visualización 3D, que permite a los investigadores ver las alturas relativas de todos los sensores y ver las matrices desde múltiples ángulos, una mejora significativa con respecto a la interfaz básica del sistema anterior.

Gracias a la Digital Twin capacidades integradas en TIA Portal, los ingenieros de Transicon pudieron simular y probar el sistema antes de la instalación. Esto agilizó el proceso de integración y acortó el tiempo de puesta en marcha al reducir la necesidad de ajustes in situ. Y si necesitaban ayuda en el camino, podrían acudir a los ingenieros de Siemens para obtener apoyo.

Un modelo para otros institutos de investigación

La nueva configuración es justo lo que el Dr. Kris Hart y su equipo necesitaban. “La experiencia de Transicon nos ha permitido mejorar significativamente la precisión y confiabilidad de nuestro sistema de suministro de dióxido de carbono, que es absolutamente vital para la integridad de nuestra investigación sobre el cambio climático a largo plazo”, dice. Además, la instalación se puede replicar a otros sitios alrededor del mundo estudiando el impacto de concentraciones más altas de CO2 en la atmósfera.

Eso fue por diseño, dice Jennifer Hughes: “La solución que hemos desarrollado proporciona un plan para sistemas de control experimentales confiables y consistentes que podrían implementarse globalmente si los experimentos FACE se expanden a otras ubicaciones en el futuro”. Porque si los hallazgos de BiFor FACE van a dar forma a la política climática global, tendrán que estar respaldados por datos de otros bosques maduros en todo el mundo.

Perfiles de la compañía

BIfor FACE

Desde 2017, el Instituto de Investigación Forestal de Birmingham, Free Air Carbon Dióxido de Dióxido de Carbono, o BiFor FACE, ha estado simulando la atmósfera prevista para 2050 bombeando CO₂ alrededor de robles maduros. Al imitar el entorno futuro, los investigadores pueden entender cómo se puede esperar que los bosques respondan a un entorno cambiante. BiFor FACE es una de las tres únicas instalaciones de este tipo a nivel mundial y ha sido famosa por su diseño ecológico.

BiFor FACE - Universidad de Birmingham

Transicon

Fundada en 1967 y con sede en Queensway Business Park en Telford, Reino Unido, Transicon ha construido una sólida reputación en el diseño y fabricación de sistemas de control a medida. La experiencia de la compañía abarca AC, DC y servoaccionamientos, así como sistemas PLC y SCADA. Transicon sirve a una amplia gama de clientes industriales, que trabajan en todo el Reino Unido e internacionalmente.

Especialistas en System Integration y automatización industrial | Transicon