Sensores Impresos para la Industria de la Automatización

Por Marissa E. Morales-Rodríguez y José Arnaldo Rivera

Un reciente artículo publicado en la revista InTech de la Sociedad Internacional de Automatización, ISA por sus siglas en inglés, sugiere distintas aplicaciones y rutas de implementación del "Industrial Internet of Things" (IIoT) entre el mundo de la automatización. Este artículo titulado, "Convergence and Commercial Momentum", menciona que para hacer la transición a el IIoT y a la misma vez satisfacer las necesidades de la industria, se deben desarrollar sensores que cuenten con ciertos requisitos como sensitividad, costo efectividad, conectividad, y una implementación poco disruptiva en los sistemas existentes.

Durante la pasada década, ha habido un aumento en el interés y desarrollo de tecnologías de impresión en tres dimensiones (3D printing). Los avances en el desarrollo de materiales estructurales y funcionales ha llevado a que diferentes industrias contemplen, y de una forma u otra, obtengan la capacidad de fabricar sus propios productos. Por ejemplo, examinemos el caso de Amazon. Para expandir el mercado de impresos en 3D, Amazon, en asociación con diferentes compañías lanzó un programa para proveer nuevas capacidades y servicios en dicha área. El propósito de este nuevo programa es proveer a los consumidores la oportunidad de adquirir productos impresos en 3D a través de Amazon en vez de un tercer proveedor. Como motivación, este programa busca encaminar y transformar el mercado de impresión de 3D cambiando el modelo actual de Amazon el cual reduce el almacenaje de productos en sus facilidades. En este nuevo programa piloto, los consumidores podrán subir y descargar diseños en 3D para imprimir los productos desde cualquier impresora de 3D. Esto significa que Amazon venderá diseños de 3D y sus respectivos materiales para impresión, en vez del producto final. ¿Qué significa esto para la industria de la automatización? ¿Será que para implementar el IIoT la solución es invertir en el desarrollo y la integración de sus propios sensores?

Aunque el campo de impresión de electrónicos ha existido desde el 1950, el constante desarrollo de materiales avanzados, específicamente nanomateriales, ha revolucionado esta tecnología. El avance del desarrollo de estos materiales ha hecho posible la fabricación de sensores personalizados que prometen ser costo efectivo y con capacidad de adaptarse a aplicaciones específicas. Sin embargo, la escalabilidad y costo efectividad de la fabricación de estos nanomateriales, los cuales serían incorporados en impresión de 3D, todavía necesita más desarrollo.

La combinación de avances en manufactura e impresión de electrónicos han abierto las puertas para el desarrollo de nuevas tecnologías en base de sensores y la posibilidad de producción en masa. Las aplicaciones incluyen diversas industrias incluyendo farmacéuticas, comestibles, textiles (electrónicos en vestimenta) y energía lo que beneficiará el aspecto financiero de sensores impresos. Considere el caso de paquetes inteligentes, donde etiquetas de identificación de radio frecuencia (RFID) son incorporados en medicinas y comestibles para su rastreo. En este ejemplo, las etiquetas de RFID contienen una combinación de dispositivo/sensor capaz de grabar la temperatura en función del tiempo para rastrear la historia del producto, donde toda la información llega a tu teléfono celular. Esta tecnología ayuda al consumidor a tomar decisiones, como por ejemplo "comprar o no", en base a información de calidad del producto que el cliente recibe en tiempo real. El campo de la impresión de electrónicos está siendo introducido rápidamente en otras áreas como, por ejemplo, para monitorizar la salud de pacientes, comunicaciones, también para monitorizar gases en el medio ambiente y manufactura. La colaboración entre OPTOMEC y General Electric (GE) es un ejemplo de la incorporación de sensores incrustados en el proceso de manufactura. Durante el evento de RAPID + TCT este año, OPTOMEC presenta los resultados de esta colaboración. El sistema de aerosol OPTOMEC fue utilizado para imprimir sensores pasivos de tensión directamente en aspas de turbinas para monitorear deformaciones. La data extraída de los sensores puede ser integrada a la plataforma digital de software GE Predix para obtener data en tiempo real del desempeño de las turbinas.



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 Figura 1. Sensores de tensión impresos en el aspa de una turbina. (Fuente: OPTOMEC y 3D Printing Industry) 


Sin duda alguna estos nuevos sistemas de manufactura aditiva e impresión de electrónicos están cambiando la industria de manufactura. Más aún, los sensores impresos ofrecen una plataforma para desarrollar sensores costo efectivos, que puedan ser incrustados y personalizados con conexión inalámbrica para aplicaciones específicas que revolucionarán el mundo de la automatización. Esta tecnología ofrece la construcción rápida de prototipos y la capacidad incorporar sensores como parte del proceso de manufactura usando materiales funcionales. Actualmente, el sistema de aerosol para impresión de electrónicos está siendo incorporado en procesos de manufactura como "roll-to-roll" para imprimir antenas y otros electrónicos como parte del proceso de la fabricación de dispositivos.

Tenemos la tecnología a nuestro alcance, pero la interrogante permanece: ¿Son los sensores impresos e impresión de electrónicos la respuesta para conectar el mundo de la automatización y desarrollar IIoT? 

About the Author

Marissa Morales-Rodriguez, es una científica de investigación y desarrollo del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, EE. UU. Actualmente, Marissa, trabaja en el área de sensores para detección de químicos, manufactura aditiva, sensores impresos y seguridad. Morales-Rodríguez es la directora-electa de la División de Pruebas y Medidas de ISA.

José Arnaldo Rivera, es un ingeniero mecánico, MBA, y Project Manager Professional (PMP) con vasta experiencia en la industria de la energía, desde generación nuclear, distribución y transmisión hasta renovables y auditoria energética. Desde el 2005, él ha trabajado en diferentes funciones en compañias como la Energía Eléctrica de Puerto Rico, Duke Energy, Progress Energy, Southern Company y más recientemente Pike Electric. José también trabaja como ingeniero consultor y empresario interesado en la comercialización de tecnologías relacionadas a la generación de energía, renovables, y manufactura aditiva con aplicación a la industria energética.

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