Por: Prof. Dr. Eloy Edmundo Rodríguez Vázquez (ICYTESI).
La refrigeración atraviesa una transformación silenciosa pero profunda. Durante décadas, los sistemas térmicos operaron bajo esquemas rígidos de control, basados en ciclos simples de encendido y apagado, que priorizaron la robustez por encima de la inteligencia operativa. Hoy, la convergencia entre electrónica avanzada, conectividad digital, computación en la nube e inteligencia artificial ha abierto un nuevo paradigma: los gemelos digitales.
En el actual panorama tecnológico, los Gemelos Digitales emergen como un puente esencial para revolucionar la refrigeración, abriendo paso a soluciones innovadoras adaptadas a entornos domésticos, comerciales e industriales de alto desempeño.
Frente a los sistemas tradicionales, que dependen de ciclos básicos de encendido y apagado dentro de un rango de temperatura fijo, la industria ha priorizado durante décadas la simplicidad y la fiabilidad operativa, relegando así estrategias de control más sofisticadas en la producción masiva.
Aunque existen enfoques que buscan mejorar la eficiencia energética, estos suelen basarse en experiencias prácticas y terminan reproduciendo el mismo patrón de activación y desactivación, sin alcanzar verdaderamente una optimización continua, dinámica y en tiempo real.
Del control básico a la inteligencia operativa: por qué la refrigeración necesita un salto tecnológico
Aun así, el avance en la fabricación de procesadores electrónicos, cada vez más integrados y económicos, ha permitido incorporar sistemas de control avanzados, incluso en sectores altamente sensibles a los costos de producción.
En el ámbito de la climatización para edificios con múltiples zonas, el Control Predictivo por Modelo (MPC) se consolida como la estrategia más extendida, logrando reducir el consumo energético entre un 8% y un 30% sin sacrificar el confort interior.
La inteligencia artificial también abre nuevas posibilidades en la gestión de edificios, con ahorros que en entornos experimentales alcanzan hasta el 50%, gracias a técnicas como el control de presión diferencial (DPC) y el control digital directo (DDC) aplicados a sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado.
Incluso con algoritmos de aprendizaje por refuerzo, basados en redes neuronales, se han registrado ahorros del 17% al 55% en inmuebles que no fueron concebidos inicialmente para un control climático estricto.
Por otro lado, los sistemas expertos que emplean lógica difusa, al actuar de forma más gradual, logran mayor estabilidad cuando se combinan con reguladores PID tradicionales, ofreciendo ahorros de hasta el 24%.
En resumen, estas innovaciones han alcanzado la madurez necesaria para ser implementadas a gran escala, impulsadas por los continuos avances en tecnología y manufactura electrónica.
Gemelos digitales, cuando el sistema físico adquiere conciencia en línea
El desarrollo de la infraestructura de comunicaciones e internet representa otro avance fundamental, al permitir centralizar la capacidad de cómputo en centros especializados para abordar problemas de gran complejidad.
Así, con la convergencia de la electrónica avanzada en sensores y controles locales, la conectividad por internet y el enorme poder de procesamiento en la nube, surgió el concepto de gemelo digital como una de las aplicaciones más representativas de la Industria 4.0.
Un gemelo digital se entiende como una réplica virtual, dinámica y en constante evolución, de un objeto físico, que refleja su estado preciso en tiempo real gracias a un flujo bidireccional de datos, permitiendo que cambios en uno se reflejen en el otro.
Dentro de un sistema de refrigeración, sensores y controladores envían información del proceso real a través de internet hacia centros de procesamiento, donde residen modelos matemáticos que describen su comportamiento.
Estos modelos, que suelen basarse en técnicas como el Método de Elementos Finitos, existen en un espacio virtual con las variables que el usuario puede modificar en el sistema físico y así cambiar su desempeño.
La resolución de estos modelos predice el comportamiento del sistema real y puede emplear procesos de inteligencia artificial como: aprendizaje automático, sistemas expertos o algoritmos genéticos o incluso enfoques híbridos.
Gracias a la potencia computacional disponible, la inteligencia artificial no solo resuelve modelos, sino que permite simular y evaluar con anticipación estrategias de control en el entorno virtual antes de implementarlas en el mundo real.
Los gemelos digitales se materializan bajo diferentes enfoques. Marcas como Autodesk, Dassault Systèmes y ANSYS fundamentan sus aplicaciones de Gemelos Digitales en simulaciones de Elementos Finitos y Dinámica de Fluidos Computacional.
Por su parte, compañías consolidadas en la automatización de procesos como SIEMENS, ROCKWELL y ABB destacan en el llamado Metaverso Industrial, donde sus sistemas de sensores y controladores modelados interactúan directamente con los actuadores físicos en un entorno seguro.
Finalmente, las empresas de servicios digitales como PTC e IT-Americas realizan implementaciones basadas en Tecnologías Operativas (OT), transitando desde un entorno de Tecnologías de la Información (IT) hacia uno operativo, utilizando sensores y actuadores inteligentes gestionados mediante procesamiento en la nube.
Cuando el frío se vuelve predictivo: aplicaciones reales en refrigeración y HVAC
Los gemelos digitales actúan como réplicas virtuales en tiempo real de equipos físicos de refrigeración y climatización, desde compresores y chillers hasta sistemas industriales completos. Esta conexión continua permite no solo monitorear su funcionamiento, sino también emplear modelos avanzados para simular y optimizar su operación, mejorando significativamente la eficiencia energética, el confort y la gestión del mantenimiento.
En refrigeración industrial, por ejemplo, se han desarrollado gemelos para sistemas en cascada de baja temperatura. Al combinar modelos termodinámicos con datos en tiempo real se optimizan automáticamente parámetros clave como la temperatura de condensación, logrando ahorros energéticos de hasta un 13 por ciento en instalaciones del sector alimentario.
Por otra parte, en lo que respecta a la climatización de edificios (HVAC), los gemelos digitales abarcan todo el ciclo de vida de los equipos. Algunos enfoques utilizan modelos de aprendizaje avanzado para predecir con gran precisión el comportamiento de los chillers, incluso bajo condiciones variables. Otros métodos mejoran la calibración del modelo, reduciendo el error en la estimación de temperatura entre un 60 y un 70 por ciento en comparación con técnicas tradicionales.
Optimizar antes de fallar: eficiencia energética, confort y mantenimiento en tiempo real
Una aplicación relevante es la optimización simultánea de energía y confort en espacios de oficina. Gemelos basados en modelos BIM (building information modeling) integran sensores y algoritmos inteligentes para ajustar temperaturas y caudales de aire. En un caso de estudio realizado en Noruega, esta estrategia permitió ahorros en refrigeración del 10 a 13 puntos porcentuales durante el verano, sin afectar el bienestar térmico de los ocupantes.
Otro campo de impacto es el mantenimiento predictivo. Un gemelo desarrollado para unidades de tratamiento de aire (AHU) combina tecnologías IoT y aprendizaje automático para detectar fallos y anticipar el desgaste de componentes. Este enfoque ha generado ahorros anuales significativos en consumo energético y costos operativos.
Finalmente, la tecnología se extiende a ámbitos especializados. En centros de datos, un gemelo para sistemas de enfriamiento ha logrado reducir el consumo eléctrico entre un 23 y 24 por ciento. En el sector naval, los gemelos de sistemas HVAC de buques permiten evaluar estrategias de control con potenciales ahorros de combustible cercanos a los 1.5 puntos porcentuales.
En conjunto, los gemelos digitales se consolidan como una herramienta clave para diseñar y operar sistemas de climatización más inteligentes, eficientes y sostenibles.
Más allá del control: el gemelo digital como columna vertebral de la refrigeración del futuro
La evolución de los Gemelos Digitales en el sector de la refrigeración y la climatización no representa solo una mejora técnica, sino una transformación fundamental en cómo diseñamos, operamos y mantenemos estos sistemas. Han surgido como respuesta a las limitaciones de los esquemas tradicionales de control, superando la rigidez de los ciclos básicos de encendido y apagado para ofrecer una optimización continua, dinámica y en tiempo real.
Esta revolución es posible gracias a la convergencia de tecnologías maduras: procesadores electrónicos accesibles, infraestructura de conectividad robusta, capacidades de computación en la nube y el poder predictivo de la inteligencia artificial y el modelado avanzado.
Desde estrategias de control ya consolidadas, como el MPC, hasta algoritmos innovadores de aprendizaje por refuerzo, el ecosistema tecnológico ha creado el terreno fértil para que los gemelos digitales florezcan.
Las aplicaciones prácticas, desde la optimización de sistemas en cascada industrial y la gestión eficiente de edificios hasta el mantenimiento predictivo y la especialización en centros de datos y buques, demuestran de manera tangible su valor. Los ahorros energéticos documentados, que oscilan consistentemente entre un 10% y un 55%, junto con las mejoras en confort y reducción de costos operativos, validan su eficacia más allá del concepto teórico.
En esencia, los Gemelos Digitales han trascendido su fase inicial para consolidarse como la columna vertebral de una nueva generación de sistemas térmicos. Encarnan el puente definitivo entre el mundo físico y el digital, permitiendo no solo replicar, sino también anticipar, aprender y optimizar. Su adopción marca el camino hacia una industria de la refrigeración más inteligente, resiliente y profundamente comprometida con la sostenibilidad y la eficiencia en el uso de los recursos.
