Diseño y desarrollo de un gemelo digital en Unity 3D de una planta de reacción exotérmica y simulación de su depósito
Abstract
La industria 4.0 y el desarrollo de los gemelos digitales ha supuesto un gran avance en los campos de la ingeniería industrial, permitiendo no solo facilitar la visualización de un proyecto del mundo real en un entorno digital, sino también realizar modificaciones en el entorno digital para su posterior implementación en la realidad. Con esta filosofía, este trabajo desarrolla un gemelo digital de una planta piloto de reacción exotérmica por medio de Unity 3D y un software de simulación de fluidos llamado Zibra Liquids. Este último se utiliza para visualizar los cambios de la altura del agua dentro de un depósito a partir de los valores que tomen los flujos de entrada de agua caliente y fría. La finalidad de este trabajo es la servir como base de futuros proyectos que impliquen tanto la experimentación con la planta en el laboratorio como su uso en docencia.
Full text
1 Dpto. de ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 Proyecto Fin de Máster Máster en Ingeniería Industrial Diseño y desarrollo de un gemelo digital en Unity 3D de una planta de reacción exotérmica y simulación de su depósito Autor: Jose Antonio Sáinz-Cantero Paredes Tutores: Juan Manuel Escaño González Paula Chanfreut Palacio
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iii Proyecto Fin de Máster Máster en Ingeniería Industrial Diseño y desarrollo de un gemelo digital en Unity 3D de una planta de reacción exotérmica y simulación de su depósito Autor: Jose Antonio Sáinz-Cantero Paredes Tutores: Juan Manuel Escaño González Paula Chanfreut Palacio Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024
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v Proyecto Fin de Máster: Diseño y desarrollo de un gemelo digital en Unity 3D de una planta de reacción exotérmica y simulación de su depósito El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2023 El Secretario del Tribunal Autor: Jose Antonio Sáinz-Cantero Paredes Tutor: Juan Manuel Escaño González Paula Chanfreut Palacio
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vii A mis padres, por su apoyo incondicional. A mi hermana, por escucharme y darme un punto de vista distinto.
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ix Agradecimientos Me gustaría dedicar estas palabras a mi familia, durante todo el proceso que ha sido el desarrollo de este trabajo han demostrado ser un apoyo indispensable para mí: alentándome, dándome fuerzas en los momentos más difíciles, y sirviéndome de inspiración, no solo por aportar un punto de vista distinto al mío, sino por escucharme y permitirme organizar mis ideas. Gracias. Jose Antonio Sáinz-Cantero Paredes Sevilla, 2024
xvi 6 Conclusiones y trabajos futuros 89 6.1 Conclusiones 89 6.2 Trabajos futuros 90 Bibliografía 91 Anexo I: scripts de la interfaz 93 Script del dropdown de la interfaz 93 Script del texto del sensor de nivel 94 Script inicializador de válvulas 95 Anexo II: scripts del modo vídeo 97 Script de inicio del vídeo 97 Script de salida del tanque de abastecimiento 98 Script de entrada del tanque de abastecimiento 100 Script del primer tramo de la tubería de agua fría 101 Script del segundo tramo de la tubería de agua fría 103 Script del tercer tramo de la tubería de agua fría 104 Script de entrada del termo 106 Script de salida del termo 107 Script del primer tramo de la tubería de agua caliente 108 Script del segundo tramo de la tubería de agua caliente 110 Script del depósito 111 Script del primer tramo de la tubería de recirculación 112 Script del segundo tramo de la tubería de recirculación 114 Script del tercer tramo de la tubería de recirculación 115 Script del intercambiador 116 Script de la tubería de salida 118 Anexo III: scripts de la simulación del depósito 121 Script de inicialización del depósito para su simulación 121 Script de control de los sliders 123 Script para el cálculo y visualización de la altura dentro del depósito 124 Script de escritura de datos en document txt 128 Anexo IV: Script de Matlab 129
xvii Índice de figuras Figura 1- 1: Pilares tecnológicos principales de la Industria 4.0 ........................................................... 24 Figura 1- 2: Fases históricas del desarrollo de los gemelos digitales [4] .............................................. 25 Figura 1- 3: Esquema simplificado de un gemelo digital [5] ................................................................. 25 Figura 1- 4:Esquema actualizado de un gemelo digital [8] .................................................................... 26 Figura 1- 5: Esquema de la comunicación entre los sensores colocados en un animal y el gemelo digital .................................................................................................................................................................... 27 Figura 1- 6: Comparativa de la ciudad en la realidad (imagen superior) con la ciudad creada en el gemelo digital (imagen inferior) .............................................................................................................. 27 Figura 1- 7: Gemelo digital de un corazón humano ............................................................................... 28 Figura 1- 8:Ejemplos de gemelos digitales hechos con a) Unity [18]. b) Modelica [14] y c) Matlab [16] ............................................................................................................................................................. 28 Figura 2- 1: Planta piloto .......................................................................................................................... 31 Figura 2- 2: Esquema del depósito, intercambiador de calor y camisa de refrigeración [20] ............. 32 Figura 2- 3: Planta piloto con algunos de sus componentes señalizados [22] ...................................... 32 Figura 2- 4: Depósito de la instalación .................................................................................................... 33 Figura 2- 5: Detalle del intercambiador y de las tuberías de agua fría y caliente ................................. 34 Figura 2- 6: Detalle de la tubería de realimentación ............................................................................... 34 Figura 2- 7: Detalle de la tubería de salida .............................................................................................. 35 Figura 2- 8: Detalle del termo eléctrico, tanque de abastecimiento y grupo de presión ...................... 35 Figura 2- 9: Modelo de la planta donde puede apreciarse la posición de las válvulas [22] ................. 36 Figura 3- 1: Interfaz de Unity 3D ............................................................................................................ 37 Figura 3- 2: Pestaña escena ...................................................................................................................... 38 Figura 3- 3: Pestaña Jerarquía .................................................................................................................. 38 Figura 3- 4: Pestaña inspector .................................................................................................................. 39 Figura 3- 5: Pestaña Proyecto .................................................................................................................. 39 Figura 3- 6: Pestaña Consola.................................................................................................................... 40 Figura 3- 7: Liquid Simulation Volume en Unity .................................................................................. 40 Figura 3- 8: Símbolo de los emitters (izquierda) y simulación (derecha) ............................................. 41 Figura 3- 9: Símbolo de los Voids (izquierda) y simulación (derecha) donde se indica con un rectángulo rojo donde se ha ubicado el void. .......................................................................................... 41 Figura 3- 10: Símbolo de los Detectors (izquierda) y datos obtenidos durante la simulación (derecha) .................................................................................................................................................................... 42
xviii Figura 3- 11: Símbolos de los Force Fields. De izquierda a derecha: Radial, Swirl y Directional ..... 42 Figura 3- 12: Efecto de un campo de fuerza radial de repulsión en la simulación ............................... 42 Figura 3- 13: Ejemplo del uso de la herramienta Barrer para crear un cilindro a partir de una línea y un círculo ................................................................................................................................................... 43 Figura 3- 14: Ejemplo del uso de la herramienta Vaciado. A la izquierda se observa el sólido original, en el centro el sólido con un hueco que lo atraviesa y a la derecha el sólido hueco ............................ 44 Figura 3- 15: Ejemplo del uso de la herramienta Solido, unión ............................................................ 44 Figura 3- 16: Ejemplo del uso de la herramienta Solido, diferencia ..................................................... 44 Figura 3- 17: Detalle de la tubería de agua fría ....................................................................................... 45 Figura 3- 18: Detalle de la tubería de recirculación (izquierda) y agua caliente (derecha) .................. 46 Figura 3- 19: Detalle de las tuberías de salida ........................................................................................ 46 Figura 3- 20: Detalle de la tubería colectora ........................................................................................... 47 Figura 3- 21: Detalle de la carcasa exterior del depósito ....................................................................... 47 Figura 3- 22: Detalle del depósito interior .............................................................................................. 48 Figura 3- 23: Detalle del intercambiador de calor .................................................................................. 48 Figura 3- 24: Detalle del tanque de abastecimiento ................................................................................ 49 Figura 3- 25: Detalle del termo eléctrico ................................................................................................. 49 Figura 3- 26: Detalle del compresor (izquierda) y grupo de presión (derecha) .................................... 50 Figura 3- 27: Detalle de las válvulas automáticas (izquierda) y manuales (derecha) .......................... 50 Figura 3- 28: Detalle de la planta piloto creada con AutoCAD ............................................................. 51 Figura 3- 29: Pestaña para exportar archivos dwg a formato fbx .......................................................... 51 Figura 3- 30: Planta piloto en Unity ........................................................................................................ 52 Figura 4- 1: Tubería del grupo de presión ............................................................................................... 53 Figura 4- 2: Detalle del collider de la tubería donde se muestra el bloqueo ......................................... 54 Figura 4- 3: Detalle de la tubería con agua en su interior....................................................................... 55 Figura 4- 4: Detalle de los componentes del depósito siendo a) el exterior y b) el relleno de cada uno .................................................................................................................................................................... 56 Figura 4- 5: Detalle de los elementos exteriores del intercambiador .................................................... 56 Figura 4- 6: Detalle del relleno de los elementos del intercambiador ................................................... 57 Figura 4- 7: Detalle del conjunto del tanque de abastecimiento y grupo de presión (izquierda) y su relleno (derecha) ....................................................................................................................................... 57 Figura 4- 8: Detalle del termo eléctrico (izquierda) y su relleno (derecha) .......................................... 57 Figura 4- 9: Detalle de la tubería de agua fría (izquierda) y su relleno (derecha) ................................ 58 Figura 4- 10: Detalle de la tubería de recirculación (izquierda) y su relleno (derecha) ....................... 58 Figura 4- 11: Detalle de la tubería de salida (izquierda) y su relleno (derecha) ................................... 59 Figura 4- 12:Detalle de la tubería de agua caliente (izquierda) y su relleno (derecha) ........................ 59 Figura 4- 13: Unión de la tubería de agua fría con el depósito .............................................................. 60 Figura 4- 14: Planta importada a Unity 3D ............................................................................................. 60 Figura 4- 15: Materiales creados en Unity .............................................................................................. 61
xix Figura 4- 16: Planta con los materiales asignados a cada elemento ...................................................... 61 Figura 4- 17: Pestaña inspector del relleno del tanque de abastecimiento ............................................ 62 Figura 4- 18: Volumen de trabajo del tanque de abastecimiento (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................................................................... 63 Figura 4- 19: Volumen de trabajo de la entrada al tanque de abastecimiento (izquierda) y la salida del tanque (derecha) ........................................................................................................................................ 63 Figura 4- 20: Simulación de la entrada al tanque de abastecimiento (izquierda) y la salida del tanque (derecha) .................................................................................................................................................... 64 Figura 4- 21: Volumen de trabajo del termo (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) ... 64 Figura 4- 22: Volumen de trabajo de la entrada al termo (izquierda) y la salida del termo (derecha) 65 Figura 4- 23:Simulación de la entrada al termo (izquierda) y la salida del termo (derecha) ............... 65 Figura 4- 24: Volumen de trabajo del exterior del intercambiador (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................................................................... 65 Figura 4- 25: Volúmenes de trabajo de la tubería interior del intercambiador ..................................... 66 Figura 4- 26: Simulación de la tubería interior del intercambiador ....................................................... 66 Figura 4- 27: Volumen de trabajo de la camisa de refrigeración (izquierda) separado en parte superior e inferior, y simulación de este elemento (derecha) ............................................................................... 67 Figura 4- 28: Volumen de trabajo del interior del depósito (izquierda) separado en parte superior e inferior, y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................. 68 Figura 4- 29: Volumen de trabajo del primer tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) ....................................................................................................................... 68 Figura 4- 30: Detalle de la primera parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .............................................................. 69 Figura 4- 31: Detalle de la segunda parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .............................................................. 69 Figura 4- 32: Volumen de trabajo del tercer tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) ....................................................................................................................... 70 Figura 4- 33:Volumen de trabajo del primer tramo de la tubería de agua caliente (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................................... 70 Figura 4- 34: Detalle de la primera parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua caliente (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)....................................................... 71 Figura 4- 35: Detalle de la segunda parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua caliente (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)....................................................... 71 Figura 4- 36: Volumen de trabajo del primer tramo de la tubería de recirculación (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................................... 72 Figura 4- 37:Volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de recirculación (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................................... 72 Figura 4- 38: Volumen de trabajo del tercer tramo de la tubería de recirculación (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................................... 73 Figura 4- 39: Volumen de trabajo de la tubería de salida (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) .................................................................................................................................................... 73 Figura 4- 40: Vista del programa en al seleccionar Inicio...................................................................... 74 Figura 4- 41: Vista modo depósito .......................................................................................................... 75
xx Figura 4- 42: Vista de uno de los tramos de la tubería de agua fría estando las válvulas V1 abierta y V3 cerrada ................................................................................................................................................. 75 Figura 4- 43: Ejemplo de objetos asociados al script del depósito interior. .......................................... 78 Figura 4- 44:Volumen de trabajo para la simulación del depósito, siendo la imagen de la izquierda la parte superior y la derecha la inferior. ..................................................................................................... 84 Figura 5- 1: Gráfica donde se representan los flujos de entrada y la altura frente al tiempo ............... 87 Figura 5- 2: Gráfica donde se representan la altura calculada y la medida frente al tiempo ............... 88 Figura 6- 1: Ejemplo de fallo en la optimización en la malla de un collider. ....................................... 89
xxi Índice de tablas Tabla 2- 1: Listado de válvulas manuales y automáticas presentes en la planta .................................. 36 Tabla 4- 1: Variables iniciales. ................................................................................................................. 80
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23 1 INTRODUCCIÓN En este capítulo se realizará una descripción del estado del arte sobre la tecnología de los gemelos digitales y su aplicación en la industria y se expondrá la motivación y objetivo de este trabajo. 1.1. Contexto y estado del arte En los últimos años se han producido una gran cantidad de avances en distintos campos tecnológicos como la robótica o la inteligencia artificial, que ha influido en todos los aspectos de la vida de las personas, desembocando en el nacimiento de una nueva revolución industrial y permitiendo el desarrollo de los gemelos digitales. En las siguientes subsecciones se realizará una descripción de los avances mencionados anteriormente, comenzando con la presentación de la 4ª Revolución Industrial y sus orígenes, y terminando con una con una introducción del concepto de gemelo digital y de algunos de ejemplos del uso de esta tecnología. 1.1.1 Industria 4.0 Los recientes cambios y avances en la tecnología han tenido un fuerte impacto en la industria, pudiendo afirmarse que está en proceso de gestación la 4ª Revolución Industrial, también conocida como Industria 4.0 que va a cambiar la forma en la que se desarrolla y fabrica un producto. El término “Industria 4.0” fue utilizado por primera vez en 2016 [1] por Klaus Schwab, aunque se estima que esta nueva revolución industrial se inició en 2014 debido a la propagación de las fábricas inteligentes (consideradas así porque utilizan medios virtuales y físicos para funcionar) y al uso de la gestión online. En definitiva, lo que se pretende conseguir con esta nueva revolución es la automatización de los procesos, obteniendo una mayor rapidez y eficiencia gracias a la digitalización, produciéndose así una comunicación constante entre el mundo físico y el digital. Para poder lograr ese objetivo, la 4ª Revolución industrial está basada en los pilares tecnológicos [2] que se muestran en la Figura 1-1 y que se describen a continuación: • Internet de las Cosas: también conocida como IoT, permite la conexión entre el medio físico y el digital utilizando Internet, permitiendo así una comunicación constante no solo entre el operario y la máquina, sino también entre las propias máquinas. • La Nube: debido a la cantidad de datos que se generan es necesaria una tecnología para almacenarlos y poder acceder a ellos en cualquier momento. Por lo tanto, el servicio de almacenamiento digital de la Nube se hace imprescindible. • Big Data: este término hace referencia al almacenamiento, procesamiento y análisis de forma eficiente de todos los datos generados. • Impresión 3D o fabricación aditiva: permite un rápido desarrollo de prototipos o de productos personalizados, pudiendo además realizarse una descentralización del proceso de fabricación al no necesitar estar el diseñador en el mismo sitio que la impresora. • Robótica: el uso de robots cooperativos va en aumento por lo que no resulta raro encontrar fábricas donde humanos y máquinas interactúan mejorando las capacidades de ambos.
24 • Inteligencia Artificial: los avances en la inteligencia artificial permiten, gracias a la obtención de numerosos datos, la predicción de situaciones futuras dentro de los procesos industriales, o el desarrollo de nuevos procedimientos más eficientes. • Realidad aumentada: permitirá en un futuro a los trabajadores ver el producto o la maquinaria, en tiempo real y comprobar los efectos de posibles modificaciones o de tareas de mantenimiento. • Seguridad: debido al constante intercambio de información la seguridad deberá mejorar también, evitando perdidas de datos en las comunicaciones y limitar el acceso de personas ajenas a las fabrica en los sistemas informáticos o de la maquinaria. • Plataformas sociales: las redes sociales tienen una gran influencia en el día a día y resultan imprescindibles para comunicarse con los clientes, ya que la interacción con el cliente es de suma importancia para la industria. Figura 1- 1: Pilares tecnológicos principales de la Industria 4.0 1.1.2 Gemelos digitales Dos de los principales pilares de la Industria 4.0 son la realidad aumentada y la comunicación entre el mundo físico y el digital, y fruto de la relación de estos pilares surgieron los gemelos digitales. Los gemelos digitales o digital twins en inglés (abreviado como DT) son representaciones virtuales de elementos o procesos reales y por medio de datos obtenidos en el pasado o en tiempo real, consigue ser un reflejo fiel con el cual es posible llegar a predecir comportamientos futuros, bajo distintas condiciones [3]. Esto último permitiría comprobar la viabilidad de futuros cambios en dichos elementos o procesos, además de comprobar posibles limitaciones. Se considera que el desarrollo de los gemelos digitales ha pasado por tres fases principales en base a las publicaciones respecto a este tema, las cuales se pueden observar en la Figura 1-2 y se definen a continuación [4]:
25 Figura 1- 2: Fases históricas del desarrollo de los gemelos digitales [4] • Fase de formación: se inició en 2003 cuando se introdujo el concepto de gemelo digital, considerándose que estaba compuesto por un elemento físico y otro digital, además de un medio de comunicación entre dichos elementos [5]. En la Figura 1-3 se muestra un esquema simplificando dichos elementos. En estos momentos el desarrollo de los gemelos digitales es más teórico que práctico (ya que se realizaron pocas publicaciones debido a las limitaciones en las tecnologías de la información y las comunicaciones). Figura 1- 3: Esquema simplificado de un gemelo digital [5] • Fase de incubación: a partir de 2011 se demostró la utilidad de los gemelos digitales en diferentes ámbitos, como el de la aeronáutica, donde sirvieron para predecir el comportamiento de diferentes elementos estructurales de un avión durante sus ciclos de vida [6]. Posteriormente, en 2012, la NASA consolidaría la definición de los gemelos digitales, planteando su uso para realizar pruebas en los transbordadores espaciales en un entorno digital, para posteriormente realizar cambios en ellos en el mundo físico [7]. Esto además permitió anticiparse a situaciones que no se habían podido predecir durante el proceso de diseño de las estructuras. • Fase de crecimiento: en esta última fase, que surge a partir de 2014 se puede apreciar un aumento en el interés en esta tecnología, ya que el número de publicaciones es mayor y se ha experimentado con gemelos digitales en distintos ámbitos de la industria con resultados satisfactorios. Además, en 2017 se propone una actualización del modelo de gemelo digital constando ahora de dos nuevos elementos que son los datos necesarios para el funcionamiento del gemelo digital, y los servicios que comprenden las funciones esperadas tanto del entorno físico como del entorno digital [8]. En la Figura 1-4 se muestra un esquema de esta estructura de cinco elementos de un gemelo
32 enfriada por un intercambiador de calor. El esquema simplificado de esta estructura aparece en la Figura 2-2. Figura 2- 2: Esquema del depósito, intercambiador de calor y camisa de refrigeración [20] Para la correcta simulación y el posterior diseño del gemelo digital, se describen a continuación los componentes más importantes de la instalación [21] y en la Figura 2-3 aparecen señalados algunos de estos componentes: Figura 2- 3: Planta piloto con algunos de sus componentes señalizados [22]
33 • Depósito: es el elemento principal donde se produce la simulación de la reacción. Para ello consta de una camisa de refrigeración donde se recibe agua fría del intercambiador de calor y que servirá para enfriar el interior del depósito, además de una resistencia interna (que deberá estar cubierta siempre por agua) que permitirá a su vez aumentar la temperatura. El agua caliente del interior del depósito proviene de un termo eléctrico que se describirá más adelante, y el agua fría procede del tanque de abastecimiento. La salida de la camisa de refrigeración permite recircular el agua hacia el intercambiador de calor y la tubería de salida del depósito devuelve el agua enfriada de su interior al sistema. Como salida adicional el depósito cuenta con una tubería de vaciado controlada por una válvula, que en caso de ser necesario puede abrirse para vaciar el interior en el tanque de abastecimiento. El depósito mide 1m de altura y tiene 20cm de diámetro, poseyendo una capacidad de 31 litros. Además, consta de diversos sensores para el control de la temperatura, nivel del agua y presión del interior del depósito, así como un rebosadero que impide que el depósito acumule una determinada cantidad de agua, permitiendo recircularla al tanque de abastecimiento. El depósito puede apreciarse en la siguiente Figura 2-4: Figura 2- 4: Depósito de la instalación • Intercambiador: en él se produce el enfriamiento del agua proveniente de la camisa de refrigeración utilizando para ello el agua del tanque de abastecimiento, para ello utiliza el sistema de flujos cruzados. El agua de la camisa llega al intercambiador gracias a una bomba de recirculación. • Tuberías: se distinguen cuatro tipos de tuberías según su color (en las Figuras 2-5, 2-6 y 2- 7 se pueden observar en más detalle las tuberías y el intercambiador de calor):
34 o Azul: por ella circula el agua fría que se introduce en el depósito y en el intercambiador actuando como refrigerante. o Roja: contiene el agua caliente que sale del termo eléctrico y que se introduce a su vez en el depósito. o Verde: es la tubería de recirculación que se encarga de alimentar la camisa de refrigeración y de extraer su agua para reconducirla a través del intercambiador de calor. o Negra: conecta la salida del depósito y del intercambiador al tanque de abastecimiento, cerrando así el ciclo. Figura 2- 5: Detalle del intercambiador y de las tuberías de agua fría y caliente Figura 2- 6: Detalle de la tubería de realimentación
35 Figura 2- 7: Detalle de la tubería de salida • Termo eléctrico: permite el calentamiento del agua proveniente del tanque de abastecimiento la cual se introducirá en el depósito. Se ubica en la parte inferior de la planta, tiene una capacidad de 300L y posee una potencia nominal de 12000W. El valor máximo de temperatura que se ha fijado es de 80ºC. • Grupo de presión: está conformado por una bomba de alimentación, un calderín y un presostato. Este conjunto de elementos es el encargado de introducir el agua del tanque en el sistema a través de las tuberías de agua fría y caliente. La bomba de alimentación succiona el agua del depósito y la impulsa al sistema, donde el calderín la mantiene a una presión de 4bar. • Tanque de abastecimiento: se sitúa debajo de la planta y tiene una capacidad de 1m3. Actúa como suministro de agua del sistema o como sumidero de las diferentes salidas del sistema. El tanque es alimentado a su vez por la red de abastecimiento del laboratorio. La temperatura del depósito está controlada por un dispositivo externo que mantiene la temperatura a 17ºC. En la Figura 2-8 se muestran los componentes situados en la parte inferior de la planta (el termo eléctrico, el grupo de presión y el tanque de abastecimiento). Figura 2- 8: Detalle del termo eléctrico, tanque de abastecimiento y grupo de presión
36 • Otros elementos: la planta consta de diversas válvulas y sensores (principalmente caudalímetros y transductores) para el correcto funcionamiento de esta. Las válvulas se utilizan para el control del caudal y de la presión dentro del sistema, pudiendo ser de accionamiento manual o automáticas. En la Tabla 2-1 se puede ver un listado de las diferentes válvulas presentes en la planta clasificándolas por tipo y explicando su función, y en la Figura 2-9 un modelo de la planta donde se pueden ubicar estas válvulas. Tabla 2- 1: Listado de válvulas manuales y automáticas presentes en la planta Válvula Tipo Función V1 Manual Permite el flujo de agua fría hacia el depósito y el intercambiador V2 Manual Permite el flujo de agua caliente desde el termo al depósito V3 Manual Permite el flujo de agua fría hacia el intercambiador V4 Automática Control del flujo en la tubería de agua caliente V5 Automática Control del flujo en la tubería de agua fría V6 Manual Abre o cierra el circuito de salida del depósito V7 Manual Abre o cierra el rebosadero V8 Automática Control del flujo en la tubería de recirculación V9 Manual Permite el paso del agua de recirculación al deposito Figura 2- 9: Modelo de la planta donde puede apreciarse la posición de las válvulas [22]
37 3 HERRAMIENTAS Y DISEÑO DEL GEMELO DIGITAL E n este capítulo se describirán las diferentes herramientas y elementos que se han utilizado para el montaje y desarrollo del gemelo digital de la planta piloto. 3.1. Unity Unity 3D es un motor de desarrollo multiplataforma de videojuegos muy utilizado en la industria, que fue creado por Unity Technologies en 2004. La popularidad de Unity no solo ha hecho que su uso se limite a la industria de los videojuegos, sino que poco a poco se ha ido extendiendo a otras industrias y aplicaciones [23]. La razón del éxito de Unity es que ofrece una interfaz de fácil comprensión como se muestra en la Figura 3-1, que permite el diseño de diferentes aplicaciones tanto en 3D como en 2D, destacando además el uso de herramientas propias que permiten la edición de gráficos, sonidos y animaciones, siendo C# su principal lenguaje de programación. Esa fácil comprensión del programa y su accesibilidad ha hecho que crezca a su alrededor una gran comunidad de usuarios, los cuales contribuyen también a esta expansión creando nuevos objetos y algoritmos con otros programas compatibles, consiguiendo así suplir las carencias de Unity. Figura 3- 1: Interfaz de Unity 3D Como se ha mencionado anteriormente, la interfaz de Unity permite tener un mayor control sobre las aplicaciones que se están desarrollando, y consta de cinco pestañas principales [24]: • Escena (Figura 3-2): es la pestaña principal de la interfaz, donde se muestran los objetos disponibles en la aplicación, pudiéndose editar la posición, orientación y tamaño de estos. En esta pantalla pueden además añadirse las cámaras, luces y otros objetos o elementos que
38 son necesarios para la ejecución de las aplicaciones. En la pestaña Game se muestra una vista previa de cómo se verían los objetos en caso de iniciar la aplicación. Figura 3- 2: Pestaña escena • Jerarquía (Figura 3-3): en ella se listan los diferentes objetos que aparecen en la escena. Estos objetos pueden incluir otros objetos a modo de componentes que están ligados al elemento superior en la jerarquía, de forma que, si se cambia la posición o escala de este, los elementos ligados también sufren ese cambio en la misma medida. Figura 3- 3: Pestaña Jerarquía • Inspector (Figura 3-4): en la pestaña inspector aparecen las características del objeto ubicado en la escena que se seleccione, permitiendo su modificación. Además, en esta pestaña se pueden añadir nuevos componentes a los objetos como los colliders
39 (componente que define la forma de un objeto para futuras interacciones físicas en el programa), scripts (sistema de programación mediante código o gráficos) y RigidBodies (definen al objeto como un sólido rígido al que afecta el motor físico de Unity) Figura 3- 4: Pestaña inspector • Proyecto (Figura 3-5): todos los archivos o assets con los que se trabaja en el proyecto aparecen listados en la pestaña Proyecto. En esta pestaña se pueden crear carpetas que permiten compartimentar y localizar los assets que se quieran usar. Figura 3- 5: Pestaña Proyecto • Consola (Figura 3-6): en esta pestaña aparecen los posibles errores que surgen durante la ejecución de la aplicación, permitiendo su corrección.
40 Figura 3- 6: Pestaña Consola Tras comprobar la versatilidad de este programa a la hora de realizar animaciones y su potente motor físico, se decidió utilizarlo para el desarrollo del gemelo digital, como se ha utilizado en otros proyectos similares [18]. Otra de sus grandes ventajas es que al tener una comunidad de usuarios bastante grande es posible encontrar assets que permitan ajustar el gemelo de forma que sea más realista, por lo que el siguiente paso fue localizar una herramienta que permita la simulación de fluidos. 3.2. Zibra Liquids A la hora de seleccionar un asset que permitiera emular un fluido de una forma que fuera lo más parecida a la realidad, se decidió utilizar Zibra Liquids, creado por Zibra AI en 2010 [25]. Este asset consigue mediante el uso de tecnología basada en inteligencia artificial, emular el comportamiento de un fluido (ya sea líquido o gas) así como editar las diferentes características del líquido como la viscosidad o su color. Otra funcionalidad que destaca en esta herramienta es la posibilidad de definir objetos mediante una red neural para indicar que se consideran como obstáculos para el movimiento del fluido. Zibra Liquids dispone de múltiples elementos para la simulación de un fluido. Los que se han utilizado en este trabajo son los que se describen a continuación [26]: • Liquid Simulation Volumes. Para empezar a simular el fluido es necesaria primero definir el volumen en el cuál este va a moverse y para ello se genera un volumen de simulación (Liquid Simulation Volume) como el que aparece en la Figura 3-7. La dimensión de este volumen de trabajo es de especial importancia, ya que cuanto mayor es el volumen, mayor es la resolución necesaria para la simulación, lo cual repercute en la necesidad de recursos del ordenador para poder ejecutarla. Figura 3- 7: Liquid Simulation Volume en Unity
41 • Colliders. Los colliders son unas estructuras en forma de red que en Unity suelen estar ubicados sobre las superficies de los objetos y que permiten la interacción entre ellos. En Zibra se definen dos tipos de colliders para su interacción con los fluidos: Analytic Colliders (colliders con una forma específica, por ejemplo, una esfera o un cubo) y Neural Colliders (utilizados para objetos con una geometría compleja y generados mediante inteligencia artificial). Para este trabajo se utilizarán los Neural Colliders, ya que la estructura de la planta presenta formas complejas, por lo que su aproximación a la realidad es más exacta. A la hora de definir un collider se debe indicar el SDF (Signed Distance Field [27]) y si este es normal o invertido, Esta definición resulta interesante porque indica si el fluido se quedara por fuera del objeto o si por el contrario estará dentro de él. • Emitter: los emisores o emitters son los encargados de generar las partículas del fluido. Los parámetros que se pueden modificar son la forma y tamaño del emisor, así como la cantidad de partículas generadas cada segundo de la simulación y su dirección y velocidad inicial. En la Figura 3-8 se observa su símbolo y cómo genera agua. Figura 3- 8: Símbolo de los emitters (izquierda) y simulación (derecha) • Void. Al contrario que los emitters, los voids eliminan las partículas del sistema, permitiendo que los emitters puedan generar partículas de forma continua. En la Figura 3- 9 se muestra su símbolo y una imagen durante la simulación en la que se ha colocado un Void rectangular en un lateral, observándose que por debajo de este no cae el agua. Figura 3- 9: Símbolo de los Voids (izquierda) y simulación (derecha) donde se indica con un rectángulo rojo donde se ha ubicado el void.
48 El depósito interior tiene un diámetro de 15 cm y una altura de 94 cm, el grosor de las paredes es igual que el de la carcasa exterior y se consigue mediante un vaciado. Para la entrada de agua caliente y fría, así como para la salida del depósito se crea unos cilindros huecos de entrada para aislarlas de la camisa de refrigeración. Esto mismo, se realiza para la tubería de rebosadero, aunque esta atraviesa la carcasa. El sólido final se observa en la Figura 3-22 Figura 3- 22: Detalle del depósito interior • Intercambiador. El intercambiador de calor parte de un cilindro de 85 cm de largo y un diámetro de 11 cm. El interior se realiza mediante un vaciado y se practican dos agujeros en el extremo por donde se introducen la tubería de realimentación. Para la unión con las tuberías de entrada y salida del líquido refrigerante se unen sendos cilindros huecos para unirlos a las tuberías anteriormente mencionadas. El intercambiador ya diseñado se muestra en la Figura 3-23. Figura 3- 23: Detalle del intercambiador de calor
49 • Tanque de abastecimiento. Para el tanque de abastecimiento se tomó un sólido cúbico de 100x85x80 metros al cual se le redondearon las aristas por medio de la herramienta “Empalme”. Se le practico un agujero donde el agua se reintroduce en el tanque tras haber pasado por todo el sistema. Una vez hecho esto, se usó la herramienta “Vaciado” para dejar hueco el tanque. El tanque final se observa en la Figura 3-24. Figura 3- 24: Detalle del tanque de abastecimiento • Termo eléctrico. El procedimiento para realizar el termo eléctrico es el mismo que para el tanque de abastecimiento, aunque en este caso se parte de un cilindro de 60 cm de radio y 85 cm de largo. En la Figura 3-25 se aprecia el termo eléctrico final. Figura 3- 25: Detalle del termo eléctrico • Grupo de presión y compresor. Estos elementos de la planta siguen una estructura similar. salvo la tubería de alimentación de la planta, todos los elementos van a ser sólidos sin
50 huecos, ya que se considera que simulando el fluido en las tuberías no es necesario diseñar el interior de los compresores. Los compresores están compuestos por una pieza cilíndrica central en cuyo extremo se le ha unido una esfera del mismo radio y una pieza triangular que actúa a modo de base. En el caso del grupo de presión, este consta de un tanque hidroneumático que se ha diseñado de la misma forma que el termo eléctrico, pero a menor escala y sin el vaciado. Finalmente se diseña una tubería de alimentación que lleva el agua del interior del tanque de abastecimiento al compresor. El grupo de presión y el compresor se observan en la Figura 3-26. Figura 3- 26: Detalle del compresor (izquierda) y grupo de presión (derecha) • Válvulas automáticas. Para este tipo de válvulas se creó una estructura de varios cilindros para que se parecieran lo máximo posible a la realidad. Esta estructura es hueca para que el agua circule por dentro ella, estando pensada para que actúe a modo de unión entre las tuberías y para que posteriormente, durante la programación del gemelo digital, pueda controlarse el flujo de agua que circula por ellas. • válvulas manuales, se consideró que estas fueran un elemento estético para indicar los puntos en los cuales se corta o abre el flujo de agua, al ser consideradas como válvulas tod o nada. Esta acción de apertura o cierre se llevará a cabo únicamente por medio de la simulación. Este elemento está compuesto por dos piezas: una manivela y un cuerpo cilíndrico hueco, por cuyo interior pasa la tubería en la que se ubica. En la Figura 3-27 pueden apreciarse los dos tipos de válvulas en detalle. Figura 3- 27: Detalle de las válvulas automáticas (izquierda) y manuales (derecha) Una vez se han creado los diferentes elementos de la planta, se unen todos en un único archivo formando así la planta piloto en su totalidad como se muestra en la Figura 3-28.
51 Figura 3- 28: Detalle de la planta piloto creada con AutoCAD Una vez montada la planta, esta se guarda en un archivo en formato dwg ya que AutoCad no puede generar archivos fbx, para eso es necesario otro programa de AutoDesk llamado Naviswork. Al abrir el archivo en Naviswork es posible convertirlo en formato fbx (en la Figura 3-29 puede apreciarse la pestaña para convertir el archivo). Para ello, es necesario definir a que unidades se va a convertir la escala, esto debe hacerse porque las unidades no se conservan al pasar de AutoCAD a Naviswork, solo el valor numérico. En este caso, aunque se tomaron las medidas en milímetros, al diseñar la planta se hizo en metros, por lo que se seleccionará esta opción en Naviswork. Figura 3- 29: Pestaña para exportar archivos dwg a formato fbx
52 La planta final en Unity queda como se muestra en la Figura 3-30. Figura 3- 30: Planta piloto en Unity
53 4 DESARROLLO DEL GEMELO DIGITAL A lo largo de este capítulo se va a explicar en detalle los pasos que se siguieron para la programación del gemelo digital. 4.1. Pruebas y ajustes preliminares Antes de importar la planta piloto en su totalidad a Unity 3D, se decidió trasladar primero una de las tuberías para comprobar el funcionamiento de Zibra y si había que realizar cambios al modelo de la planta. La tubería que se decidió importar es la de salida del tanque de abastecimiento por donde circula el agua hacia el grupo de presión (esta tubería se muestra en la Figura 4-1). El motivo por el cual se eligió esta tubería es porque es de corta longitud y con tres giros en su trayectoria, esto permitiría comprobar si el agua generada por los emisores tiene la suficiente presión para ascender por la tubería y realizar todo el recorrido. Figura 4- 1: Tubería del grupo de presión Al realizar la importación a Unity se encontraron una serie de dificultades a las que se tuvo que poner solución. Dichas dificultades fueron: • Escalado de la planta y volumen de trabajo de Zibra Liquids. Al iniciar la simulación de un fluido con Zibra Liquids, es necesario definir un volumen en el cual se generará el líquido y que a su vez actuará como espacio de trabajo. El problema que se observó es que cuanto mayor es el volumen de trabajo, mayor es la resolución necesaria para simular el fluido provocando que la ejecución del programa exige más recursos del ordenador. Esto hace que la simulación se ralentice, no se genere bien fluido o que este tenga comportamientos extraños. Tomando como base lo anteriormente explicado, se realizaron experimentos para
54 comprobar cuál era el máximo volumen que el ordenador permitía ejecutar para más tarde escalar la planta entera para que se ajuste a ese volumen. El escalado de la planta puede realizarse de dos formas: cambiando el tamaño de sus elementos en AutoCAD o al convertirlos en formato sbx en Naviswork indicando las unidades en las que deben estar. Tras comprobar diferentes escalas se comprobó que la mejor opción era multiplicar la escala en Autocad por 1000 y en Naviswork establecer las unidades en centímetros, consiguiendo así un tamaño de planta que se ajusta al máximo volumen que el ordenador es capaz de simular. • Neural colliders. Para que el agua se desplazara por dentro de la tubería se añadió a esta un collider específico de Zibra. La característica principal de estos Neural Colliders es que se adaptan a la forma del objeto siguiendo una red neural. El problema surgió al iniciar la simulación, el flujo del agua se bloqueaba al inicio de la tubería, esto se debía a que la red generada por el collider se enlaza por dentro del hueco de la tubería creando una pared que bloquea el agua como se puede apreciar en la Figura 4-2. Figura 4- 2: Detalle del collider de la tubería donde se muestra el bloqueo Como solución al bloqueo del agua, se utilizó una de las características de los colliders de Zibra y es que puedes definir si su red SDF es normal o invertida, la diferencia entre estas dos opciones es que las redes normales están pensadas para que el fluido se encuentre fuera del objeto, y en las invertidas se ubique por dentro de los objetos. Sabiendo esto, se decidió crear sólidos que actuaran a modo de relleno de los diferentes elementos de la planta, definiendo sus colliders como redes invertidas, de esta forma al ser estructuras más simples de analizar por el programa, el agua no encuentra ningún tipo de bloqueo en su camino. Estos nuevos sólidos posteriormente se harán invisibles durante la ejecución del programa, pareciendo así que el agua se mueve por dentro de las tuberías. En la Figura 4-3 se muestra la tubería con agua generada en su interior.
55 Figura 4- 3: Detalle de la tubería con agua en su interior • Presión en las tuberías. Una vez configurados los colliders y el volumen de trabajo, se procedió a configurar la generación del fluido. En este proceso se observó los siguiente: o Los emitters, elementos necesarios para la generación del fluido no tiene la suficiente velocidad para hacer que este ascienda por una tubería. Esto provoca que el agua se, acumule en la tubería. Además, el número de partículas que generan es limitado, por lo que resulta necesario encontrar la forma de que los emitters funcionen de forma constante. o El comportamiento del fluido es similar a un líquido, pero no se puede considerar como tal. El “fluido” realmente son una serie de partículas minúsculas que en conjunto emulan el movimiento de un líquido, pero presentan comportamientos que no son propios de estos, por ejemplo, al acumularse en las tuberías verticales, lo lógico sería que las partículas que se generan empujen a las ya creadas, pero esta acción no se observó, simplemente seguían acumulándose en el mismo lugar sin haber desplazamientos. o Debido a que las paredes de las tuberías son demasiado finas, algunas partículas sobresalen, haciendo que la propia tubería deje de apreciarse. Para evitar esto se aumentó el grosor de las tuberías. Para poner solución a estos problemas se usan otros elementos de Zibra: los Force Fields para atraer o repeler las partículas de fluido, simulando así la presión dentro de las tuberías; y los Voids, que permiten eliminar las partículas que llegan al final de la tubería evitando así acumulaciones y que el sistema siga generando partículas de forma constante. Tras los resultados obtenidos en las pruebas con una tubería, se realizaron las comprobaciones de los cambios sugeridos anteriormente y al observar su viabilidad, se procedió a realizar dichos cambios en el modelo de la planta. 4.2. Rediseño y montaje de la planta en Unity La mayoría de los cambios que se consideraron necesarios deben aplicarse en la etapa de diseño de AutoCAD. Los cambios más sencillos fueron el aumento del grosor de las tuberías que se aumentó el radio exterior de las mismas en 5mm y el cambio de escala de la planta, que se realizó con la herramienta Escala, la cual permite aumentar o disminuir el tamaño de un objeto.
56 El siguiente paso tras estas pequeñas modificaciones, es el diseño del relleno interior de los diferentes elementos de la planta. Adicionalmente en este momento, se planteó en fragmentar la planta en sus diferentes elementos e importarlos uno a uno a Unity en vez de trasladar la planta entera. Esto facilitará más tarde la programación y ayudará en proyectos futuros a modificar la planta añadiendo nuevos elementos a la misma o cambiando los ya existentes. El diseño de los rellenos de cada elemento de la planta se describe a continuación: • Depósito. Al diseño original del depósito se le han añadido parte del trayecto final de las tuberías de entrada y salida de este, esto facilitará como se explicará en el siguiente apartado la simulación. Además, se van a diseñar dos rellenos: uno para la camisa de refrigeración y otro para el depósito interior. En la Figura 4-4 se muestran los dos elementos del depósito con sus rellenos. Figura 4- 4: Detalle de los componentes del depósito siendo a) el exterior y b) el relleno de cada uno • Intercambiador de calor. Al igual que con el depósito se añaden al modelo original los trayectos finales de la tubería, siendo su aspecto final el de la Figura 4-5. Se diseña el relleno del intercambiado como se muestra en la Figura 4-6. Figura 4- 5: Detalle de los elementos exteriores del intercambiador
57 Figura 4- 6: Detalle del relleno de los elementos del intercambiador • Tanque de abastecimiento y grupo de presión. Se tomó la decisión de unir estos dos objetos en uno, de forma que el tanque de abastecimiento fuera el origen del agua y esta se introdujera al sistema a través de la tubería de alimentación. En la Figura 4-7 se observa el objeto final y su relleno. Figura 4- 7: Detalle del conjunto del tanque de abastecimiento y grupo de presión (izquierda) y su relleno (derecha) • Termo eléctrico. Para el termo eléctrico se ha seguido el mismo procedimiento que con el tanque de abastecimiento. En la Figura 4-8 se muestra el elemento rediseñado. Figura 4- 8: Detalle del termo eléctrico (izquierda) y su relleno (derecha)
64 del tanque (derecha) Figura 4- 20: Simulación de la entrada al tanque de abastecimiento (izquierda) y la salida del tanque (derecha) • Termo eléctrico: se procede igual que con el tanque de abastecimiento, definiendo tres volúmenes de trabajo. En este caso no es necesario el uso de force fields en las tuberías ya que estas son muy cortas. En la Figura 4-21 se presenta el termo inicializado con agua en su interior y su volumen de trabajo, en él se ha creado un emisor en la entrada de agua fría y un void en el inicio de la tubería de agua caliente. En la Figura 4-22 se muestran los volúmenes de las dos tuberías con sus respectivos emisores, voids y detetectores. El conjunto en funcionamiento se muestra en la Figura 4-23. Figura 4- 21: Volumen de trabajo del termo (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)
65 Figura 4- 22: Volumen de trabajo de la entrada al termo (izquierda) y la salida del termo (derecha) Figura 4- 23:Simulación de la entrada al termo (izquierda) y la salida del termo (derecha) • Intercambiador. El intercambiador se va a separar en tres volúmenes distintos. El primero se corresponde con la carcasa exterior y las tuberías por las que circula el agua de refrigeración. Debido a que el sistema tarda mucho en llenar el intercambiador, se establece un estado inicial en el cuál este ya está lleno y se crea un emisor en la tubería de entrada, además de un void y un detector en la tubería de salida. En la Figura 4-24 se observa el volumen de trabajo y el intercambiador en funcionamiento). Figura 4- 24: Volumen de trabajo del exterior del intercambiador (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)
66 Para la tubería interior del intercambiador ha sido necesario definir dos volúmenes, ya que al no tener los emisores fuerza suficiente para que el agua circule por tuberías ascendentes, es necesario el uso de force fields, y en este caso uno tan fuerte, que impide que el agua alcance el final de recorrido de este tramo de tubería. Para ambas secciones de las tuberías se crean un emisor al inicio y un void junto a un detector al final, junto con dos force fields uno para impulsar el agua al inicio y otro para atraerla al final. En las Figuras 4-25 y 4-26 se muestra el detalle de la tubería y su simulación respectivamente. Figura 4- 25: Volúmenes de trabajo de la tubería interior del intercambiador Figura 4- 26: Simulación de la tubería interior del intercambiador • Depósito. Se han creado dos volúmenes de trabajo para el depósito. El volumen correspondiente a la camisa de refrigeración consta de un emisor en la tubería de entrada de recirculación para simular el paso de agua por ella y un void con un detector al final de esta. Cuando el agua llega al detector se activará mediante un script un emisor más
67 grande ubicado en la parte superior del tanque simulando que el agua circula por la camisa. Finalmente se colocará un void en la tubería de salida de recirculación. El volumen de trabajo de la camisa se muestra en la Figura 4-27. Figura 4- 27: Volumen de trabajo de la camisa de refrigeración (izquierda) separado en parte superior e inferior, y simulación de este elemento (derecha) El segundo volumen se corresponde con el depósito interior, donde se mezcla el agua fría con la caliente. En este caso habrá dos emisores, uno en cada tubería de entrada y dos voids (en la tubería del rebosadero y en la salida). A la hora de simular se ha observado que cuando el agua llega a la entrada del depósito esta es bloqueada por la forma del collider, por lo que se decidió añadir un detector para poder activar otros dos emisores dentro del depósito que simule el agua cayendo y un void rectangular que bloquee el paso de los emisores de las tuberías. La simulación del interior del depósito se inicializa con agua en su interior.
68 Figura 4- 28: Volumen de trabajo del interior del depósito (izquierda) separado en parte superior e inferior, y simulación de este elemento (derecha) • Tubería de agua fría. Dada la complejidad de su trayectoria se va a dividir en tres tramos distintos. Los dos primeros volúmenes de trabajo van a contener en su interior las dos bifurcaciones de la tubería. Se ubicarán sensores al final de cada tramo y un void en las válvulas para simular el cierre de estas. Por medio de la programación este void se activará o desactivará en función de las necesidades del usuario. En las Figuras 4-29, 4-30, 4-31 y 4-32 se muestra cada tramo de tubería con su volumen de Zibra. Los detectores ubicados en la mitad del trayecto son utilizados para cambiar el ángulo de la cámara en el modo vídeo. Figura 4- 29: Volumen de trabajo del primer tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)
69 Figura 4- 30: Detalle de la primera parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) Figura 4- 31: Detalle de la segunda parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)
70 Figura 4- 32: Volumen de trabajo del tercer tramo de la tubería de agua fría (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) • Tubería de agua caliente. La tubería de agua caliente se va a dividir en dos tramos con sus correspondientes volúmenes de trabajo: un primer tramo que llega hasta la mitad de la válvula automática y un segundo tramo que se corresponde con el resto de la tubería. Al igual que en la tubería de agua fría, la válvula manual se simula con un void. En las Figuras 4-33 y 4-34 se pueden observar los dos volúmenes de trabajo. Figura 4- 33:Volumen de trabajo del primer tramo de la tubería de agua caliente (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)
71 Figura 4- 34: Detalle de la primera parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua caliente (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) Figura 4- 35: Detalle de la segunda parte del volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de agua caliente (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) • Tubería de recirculación. Al estar separada en tres tramos, se crea para cada uno un volumen de trabajo. En el caso del segundo tramo, es necesario añadir force fields para impulsar el agua hacia arriba. En las Figuras 4-36, 4-37 y 4-38 se representan los volúmenes de trabajo y sus simulaciones. En el tercer tramo fue necesario utilizar un void con forma toroidal para evitar que algunas partículas salieran de la tubería, esto se produjo por la estructura del collider de este tramo.
72 Figura 4- 36: Volumen de trabajo del primer tramo de la tubería de recirculación (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) Figura 4- 37:Volumen de trabajo del segundo tramo de la tubería de recirculación (izquierda) y simulación de este elemento (derecha)
73 Figura 4- 38: Volumen de trabajo del tercer tramo de la tubería de recirculación (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) • Tubería de salida. Para la tubería de salida solo es necesario definir un único volumen de trabajo con cuatro emisores, uno para cada tubería que la compone. En la Figura 4-39 se muestra la tubería. Figura 4- 39: Volumen de trabajo de la tubería de salida (izquierda) y simulación de este elemento (derecha) Tras haber creado los volúmenes de trabajo de cada elemento se puede proceder a la programación de la planta y a la validación del funcionamiento del depósito.
80 public void sliderQf(float valorQf){ FlujoQf.text = valorQf.ToString("f5"); qf = valorQf; } • Para la visualización de la altura del depósito se utiliza el script Textos, que lo que hace es la diferencia entre la altura máxima y mínima en la que el sensor detecta partículas de fluido y muestra esa altura en un cuadro de texto. En el Código 4-2 se muestra el script. Código 4–2. Script de visualización de altura: void Update() { Altura = SensorNivel.BoundingBoxMax - SensorNivel.BoundingBoxMin; h = Altura.y; Nivel.text = "Altura deposito: " + h.ToString("f3"); } • El Script de cálculo va a ser el principal de la simulación. En un principio se inicializan las variables con los valores que se muestran en la Tabla 4-1, y tras esto el programa espera a que se pulse le toggle de inicio. Tabla 4- 1: Variables iniciales. Variable Nombre Valor Unidades hmax Altura máxima del depósito 0,94 [m] hmin Altura mínima del depósito 0 [m] R Radio del interior del depósito 0.1 [m] r Radio interior de las tuberías 0.0285 [m] Ts Tiempo de muestreo 0.1 [s] En el momento en el que toggle de inicio es pulsado se inicia la corrutina Inicialización, (esta parte del script se muestra en el Código 4-3), las corrutinas son unas funciones de Unity que permiten ejecutar partes de un script pausando la ejecución y reiniciándola en un tiempo definido o en el siguiente frame, esto evita que se pierda información, ya que normalmente, Unity ejecuta varias veces las funciones en un mismo frame. Mientras el toggle de inicio este pulsado el script comprobará si las válvulas V1 y V2 están abiertas, en el caso de estar cerradas los flujos de entrada tendrán un valor de 0 m3/s, a partir de que estén abiertas, esos
81 flujos tomaran el valor que se indique con los sliders y activaran unos emisores que simularan el agua cayendo en el depósito, por medio de la función ComprobarEmitters (Código 4-4). Código 4–3. Corrutina del script de cálculo: public void Inicializar() { StartCoroutine(Espera()); } IEnumerator Espera(){ while(Botones.Inicio){ yield return new WaitForSeconds (Ts); if (Botones.V1){ Qf = Flujos.qf; } else{ Qf = 0f; } if (Botones.V2){ Qc = Flujos.qc; } else{ Qc = 0f; } ComprobarEmitters(); Ecuacion(); VisualizarAltura(); texto.EscribirDatos(); t=t+Ts; if (!Botones.Inicio){ break; } } }
82 Código 4–4. Función ComprobarEmitters() del script de cálculo: void ComprobarEmitters(){ if (Qc==0f){ EmitterC.SetActive(false); } if (Qf==0f){ EmitterF.SetActive(false); } if (Qc!=0f){ EmitterC.SetActive(true); } if (Qf!=0f){ EmitterF.SetActive(true); } } Una vez obtenidos los valores de los flujos, se procede al cálculo de la altura con la función Ecuación, que se muestra en el Código 4-5. En esta función se calcula el valor que la altura va a tener en el instante siguiente (este valor se guarda en la variable “hk”) y se asegura de que no se superen los valores máximos y mínimos de la altura, los cuales se pueden establecer al principio del script. Una vez se ha calculado “hk” se guarda su valor en h, para poder calcular el nuevo valor en la siguiente iteración. Código 4–5. Función Ecuación() del script de cálculo: void Ecuacion(){ hk = h + (Ts/A)*(Qf+Qc-a*Mathf.Sqrt(2f*9.81f*h)); if (hk < 0){ hk = 0; } if (hk > hmax){ hk = hmax; } h = hk; }
83 Tras calcular la altura, se procede a la visualización de esta altura en el entorno de Unity, para ello se ejecuta la función VisualizarAltura (que se muestra en el Código 4-6). Para visualización se ha creado otro volumen de trabajo de Zibra específicamente para esta simulación. Este volumen se coloca de forma que solo se trabaje con la mitad del depósito, ya que permite contar con un mayor número de partículas sin comprometer la velocidad de ejecución del programa. En la Figura 4-44 se muestra el nuevo volumen de trabajo. Código 4–6. Función VisualizarAltura() del script de cálculo: void VisualizarAltura() { yVacioq = Vacio2.transform.position.y; yVacioh = Vacio.transform.localScale.y; d2 = h+14.88f; d1 = 0.94f-h; if (yVacioh>d1){ dyv=yVacioh-d1; Vacio.transform.localScale += new Vector3(0, -dyv, 0); } if (yVacioh<d1){ dyv=d1-yVacioh; Vacio.transform.localScale += new Vector3(0, dyv, 0); } if(yVacioh==d1){ Vacio.transform.localScale += new Vector3(0, 0, 0); } if(yVacioq > d2){ dyq = yVacioq - d2; Vacio2.transform.Translate(0,-dyq,0); } if (yVacioq < d2){ dyq = d2 - yVacioq; Vacio2.transform.Translate(0,dyq,0); } if (yVacioq == d2){ Vacio2.transform.Translate(0,0,0); } }
84 Figura 4- 44:Volumen de trabajo para la simulación del depósito, siendo la imagen de la izquierda la parte superior y la derecha la inferior. El proceso de visualización consiste en que unos emitters (colocados de forma que no entren en contacto con el sensor de altura) generan partículas de agua de forma continua, y un void cilíndrico, ubicado en la parte más alta del depósito será el encargado de establecer la altura del agua. Para ello en primer lugar se comprobará si la altura del cilindro esta por encimo o por debajo de la altura deseada y en base a esta comparación, la altura del cilindro se modificará para alcanzar la altura calculada. De esta forma todas partículas generadas en este punto se eliminan, visualizándose únicamente las que se generan por debajo del void. Por otro lado, para simular el agua cayendo desde las tuberías se colocan dos pequeños emisores cilíndricos justo en la entrada de agua del depósito. Estos emisores generaran unas partículas distintas, pero con las mismas características que el agua, de forma que el void encargado de mostrar la altura no las elimine, evitando así que parezca que el depósito se llena por su parte inferior. Para que las partículas de estos emisores aparente caer sobre la superficie del agua dentro del depósito se crea un void cuya posición cambiará según la altura calculada, colocándose justo sobre esa superficie, eliminando del sistema las partículas que caen. Cuando se han realizado todos los cálculos se llama a la función EscribirDatos, perteneciente a otro script y que se encarga de almacenar los datos en un documento txt. • El script EscrituraTxt es el encargado de guardar los datos obtenidos por el script cálculo en un documento txt para su visualización en forma de gráfica en Matlab. En primer lugar, crea un nuevo documento con la fecha y la hora en la que se inició la simulación y en cada instante guarda las distintas variables usadas. Las variables guardadas son: los flujos de agua caliente y fría, la altura calculada, la altura medida por el sensor y el tiempo de ejecución. Este script se muestra en el Código 4-7. Código 4–7. Script de escritura de texto: public class EscrituraTxt : MonoBehaviour{ string ruta, datos, hora, minuto, dia, mes, year,fecha;
85 public Calculo variables; public Texto hsensor; // Start is called before the first frame update void Start() { hora = System.DateTime.Now.Hour.ToString(); minuto = System.DateTime.Now.Minute.ToString(); dia = System.DateTime.Now.Day.ToString(); mes = System.DateTime.Now.Month.ToString(); year = System.DateTime.Now.Year.ToString(); fecha = dia+"-"+mes+"-"+year+"-"+hora+minuto; ruta = Application.dataPath + "/DatosMatlab/"+fecha+".txt"; if (!File.Exists(ruta)){ File.WriteAllText(ruta,""); } } public void EscribirDatos(){ datos = (variables.t) + " " + variables.Qf + " " + variables.Qc + " " + variables.h + " " + hsensor.h + "\n"; File.AppendAllText(ruta, datos); } } Todos los scripts relacionados con la simulación del depósito se encuentran recogidos en el Anexo III.
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87 5 RESULTADOS A continuación, se presentarán los resultados obtenidos al ejecutar la simulación del depósito. Para ello se va a realizar una comparación entre los resultados obtenidos del comportamiento del gemelo con los obtenidos de la dinámica del sistema modelada por las ecuaciones del capítulo anterior. 5.1. Resultados obtenidos tras la simulación del depósito Tras lo expuesto en el capítulo anterior, se procede a ejecutar un script de Matlab para mostrar de forma gráfica los resultados de la simulación. Este script, que se encuentra recogido en el Anexo IV, se ha creado a partir del propio código que utiliza Matlab para lectura de los documentos en formato txt y que permite transformarlos en una tabla. Los elementos de esta tabla serán representados por separado: • Por un lado, se representa en una única gráfica la altura calculada y los flujos de agua caliente y fría de entrada. Un ejemplo se muestra la Figura 5-1, donde se han ido seleccionando distintos valores de flujo de entrada con los sliders, en este caso es posible simular escalones si en lugar de arrastrar el slider, se pulsa en puntos en concretos. En la gráfica se puede observar el comportamiento esperado cuando solo uno de los flujos alcanza su valor máximo, alcanzándose una altura de 0.23 [m] aproximadamente, y al estar los dos flujos en el valor máximo establecido se alcanza una altura de 0.92 [m] muy cercano al valor de altura máxima del depósito. Figura 5- 1: Gráfica donde se representan los flujos de entrada y la altura frente al tiempo • También se representa la altura calculada con la leída por el sensor. Tomando como ejemplo la Figura 5-2, se observa que la lectura del sensor tiene un pequeño retraso con respecto a la calculada, esto se debe a que el agua tarda en bajar un poco más de lo que el programa calcula la altura que se debe alcanzar.
88 Figura 5- 2: Gráfica donde se representan la altura calculada y la medida frente al tiempo A la vista de estos resultados se obtiene un comportamiento parecido al esperado de la planta real, aun así, se observa lo siguiente: • Cuando los cálculos se aproximan a la altura máxima, se puede apreciar que el progreso de aumento de altura se ralentiza llegando a tardar más tiempo en estabilizarse. Este se debe principalmente al método elegido de aproximación. • En el momento en el que se produce una disminución brusca en la altura, en la animación se puede observar cómo algunas partículas de agua se separan de la superficie, esto no debería ser posible ya que el depósito se vacía por efecto de la gravedad, pero se considera que se debe a como el algoritmo de Zibra simula el comportamiento del fluido.
89 6 CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS En este capítulo final se expondrán las conclusiones a las que se ha llegado tras realizar este trabajo y se comentaran posibles trabajos futuros que pueden tomar como base este proyecto. 6.1. Conclusiones Respecto la simulación del depósito, a la vista de los resultados mostrados en el quinto capítulos, se puede considerar que esta aproximación es parecida al comportamiento del depósito en la realidad, si bien no ha podido compararse con los datos reales de la planta, se consideró que, dada la filosofía de los gemelos digitales, el uso de esta ecuación sería suficiente. Una de las ventajas que ofrece el gemelo digital diseñado y que se considera uno de los principales objetivos, es que permite alterar fácilmente los parámetros con los que se trabaja. Durante la realización de este trabajo, ha sido necesario estimar los valores de algunas de las variables utilizadas y se ha diseñado el gemelo de forma que dichas variables sean fácilmente modificables en un futuro, ya que cuando se ponga en funcionamiento la planta podrán tomarse datos de funcionamiento más precisos que permitan ajustar aún más el modelo matemático del comportamiento. Durante las configuraciones de los volúmenes de trabajo de cada elemento de la planta y durante la ejecución del Modo Vídeo se observó que los colliders de algunos tramos de las tuberías no cubrían la totalidad del recorrido de la tubería (notándose más en los inicios y finales de los tramos), o se estrechaban tanto que impedían el paso de las partículas de fluido o parece que existen cuellos de botella dentro de las tuberías. Esto se debe a como Zibra calcula las mallas de los colliders y la única solución posible fue colocar los emisores mas adelantados en la tubería en lugar de justo al principio de estas, y realizar la misma acción con los voids y detectores en los finales de recorrido. En la Figura 6-1 se muestra un ejemplo de este problema con la malla de los colliders, donde se puede observar tanto el bloqueo al inicio de la tubería como un cuello de botella. Figura 6- 1: Ejemplo de fallo en la optimización en la malla de un collider.
96 public void ToggleV6() { V6=!V6; } public void ToggleV7() { V7=!V7; } public void ToggleV9() { V9=!V9; } }
97 ANEXO II: SCRIPTS DEL MODO VÍDEO Script de inicio del vídeo using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; public class Video : MonoBehaviour { public int Index; public bool Aux1, Aux2, Activar, Panel; public Interfaz ActVideo; public GameObject V1, V2, V3, V6, V7, V9; void Start() { Index = 0; Aux1 = true; Aux2 = true; Activar = false; Panel = true; } void Update() { if(ActVideo.Video) { Activar = true; DesactPanel(); } else { Activar = false;
98 ActPanel(); } } void DesactPanel() { if (Panel) { V1.SetActive(false); V2.SetActive(false); V3.SetActive(false); V6.SetActive(false); V7.SetActive(false); V9.SetActive(false); Panel = false; } } void ActPanel() { if (!Panel) { V1.SetActive(true); V2.SetActive(true); V3.SetActive(true); V6.SetActive(true); V7.SetActive(true); V9.SetActive(true); Panel = true; } } } Script de salida del tanque de abastecimiento using System.Collections; using System.Collections.Generic;
99 using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class SalidaTanque : MonoBehaviour { public Video Vid; public GameObject TubSalTanque, Tanque; public GameObject Camara; public Transform PosCamara; public ZibraLiquidDetector Detector; float delay = 5; float timer; void Start() { } void Update() { if (Vid.Index == 0 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); Tanque.SetActive(true); timer += Time.deltaTime; if (timer>delay){ TubSalTanque.SetActive(true); } if (Detector.ParticlesInside >= 10 && Vid.Index == 0) { Vid.Index = 1; } } else if (Vid.Index >= 1 && Vid.Aux2) {
100 TubSalTanque.SetActive(false); Tanque.SetActive(false); } else if (!Vid.Activar) { TubSalTanque.SetActive(false); Tanque.SetActive(false); } } } Script de entrada del tanque de abastecimiento using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class EntradaTanque : MonoBehaviour { public Video Vid; public GameObject Tanque, TubEntTanque, Emitter; public GameObject Camara; public Transform PosCamara; float delay = 10; float timer; public ZibraLiquidDetector Detector; void Start() { Emitter.SetActive(false); } void Update() { if (Vid.Index == 14 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation);
101 Tanque.SetActive(true); TubEntTanque.SetActive(true); if (Detector.ParticlesInside != 0) { Emitter.SetActive(true); } timer += Time.deltaTime; if (timer>delay) { Vid.Index = 15; Emitter.SetActive(false); } } else if (Vid.Index >= 15) { Tanque.SetActive(false); TubEntTanque.SetActive(false); Vid.Aux2 = true; } else if (!Vid.Activar) { TubEntTanque.SetActive(false); Tanque.SetActive(false); } } } Script del primer tramo de la tubería de agua fría using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class Tramo1Fria : MonoBehaviour
102 { public Video Vid; public GameObject TubFria1, EmitterAux; public GameObject Camara; public Transform PosCamara; public ZibraLiquidDetector Detector, DetectorAux; void Start() { EmitterAux.SetActive(false); } void Update() { if (Vid.Index == 1 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); TubFria1.SetActive(true); if (DetectorAux.ParticlesInside != 0) { EmitterAux.SetActive(true); } if (Detector.ParticlesInside != 0 && Vid.Index == 1) { Vid.Index = 2; } } else if (Vid.Index >= 4) { TubFria1.SetActive(false); } else if (!Vid.Activar) { TubFria1.SetActive(false); } } }
103 Script del segundo tramo de la tubería de agua fría using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; using UnityEngine.UI; public class Tramo2Fria : MonoBehaviour { public Video Vid; public ValManuales Val13; public GameObject TubFria2, EmitterAux; public GameObject Camara, V1, V3; public Transform PosCamara; public RectTransform PosV3; public ZibraLiquidDetector Detector, DetectorAux; void Start() { EmitterAux.SetActive(false); } void Update() { if (Vid.Index == 3 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); V1.SetActive(true); PosV3.anchoredPosition = new Vector2(310.3f,66.5f); V3.SetActive(true); if (Val13.V1) { TubFria2.SetActive(true); if (DetectorAux.ParticlesInside != 0)
104 { EmitterAux.SetActive(true); } if (Detector.ParticlesInside != 0 && Vid.Index == 3) { Vid.Index = 4; V1.SetActive(false); V3.SetActive(false); PosV3.anchoredPosition = new Vector2(310.3f,26.5f); } } } else if (Vid.Index >= 4) { TubFria2.SetActive(false); Vid.Aux1 = false; } else if (!Vid.Activar) { TubFria2.SetActive(false); } } } Script del tercer tramo de la tubería de agua fría using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class Tramo3Fria : MonoBehaviour { public Video Vid; public ValManuales Val3; public GameObject TubFria3; public GameObject Camara, V3;
105 public Transform PosCamara; public RectTransform PosV3; public ZibraLiquidDetector Detector; void Start() { } void Update() { if (Vid.Index == 10 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); PosV3.anchoredPosition = new Vector2(310.3f,106.5f); V3.SetActive(true); if (Val3.V3) { TubFria3.SetActive(true); if (Detector.ParticlesInside != 0 && Vid.Index == 10) { Vid.Index = 11; V3.SetActive(false); PosV3.anchoredPosition = new Vector2(310.3f,26.5f); } } } else if (Vid.Index >= 11) { TubFria3.SetActive(false); } else if (!Vid.Activar) { TubFria3.SetActive(false); } } }
112 DepositoInt.SetActive(true); timer1 += Time.deltaTime; if (timer1>delay1 && Camisa == false) { Camisa = true; c=1; DepositoInt.SetActive(false); } } if (Camisa == true) { DepositoExt.SetActive(true); timer2 += Time.deltaTime; if (timer2>delay2) { Vid.Index = 8; DepositoExt.SetActive(false); Camisa = false; } } } else if (!Vid.Activar && !ActDeposito.Deposito) { DepositoExt.SetActive(false); DepositoInt.SetActive(false); } } } Script del primer tramo de la tubería de recirculación using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators;
113 public class Tramo1Rec : MonoBehaviour { public Video Vid; public GameObject TubRec1; public GameObject Camara; public Transform PosCamara; public ZibraLiquidDetector Detector; void Start() { } void Update() { if (Vid.Index == 8 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); TubRec1.SetActive(true); if (Detector.ParticlesInside != 0 && Vid.Index == 8) { Vid.Index = 9; } } else if (Vid.Index >= 10) { TubRec1.SetActive(false); } else if (!Vid.Activar) { TubRec1.SetActive(false); } } }
114 Script del segundo tramo de la tubería de recirculación using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class Tramo2Rec : MonoBehaviour { public Video Vid; public GameObject TubRec2; public GameObject Camara; public Transform PosCamara; public ZibraLiquidDetector Detector; void Start() { } void Update() { if (Vid.Index == 9 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); TubRec2.SetActive(true); if (Detector.ParticlesInside != 0 && Vid.Index == 9) { Vid.Index = 10; } } else if (Vid.Index >= 10) { TubRec2.SetActive(false); } else if (!Vid.Activar) { TubRec2.SetActive(false); }
115 } } Script del tercer tramo de la tubería de recirculación using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class Tramo3Rec : MonoBehaviour { public Video Vid; public ValManuales Val9; public GameObject TubRec3; public GameObject Camara, V9; public Transform PosCamara; public RectTransform PosV9, PosDrop; public ZibraLiquidDetector Detector; void Start() { } void Update() { if (Vid.Index == 12 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); PosV9.anchoredPosition = new Vector2(-324.7f,106.5f); PosDrop.anchoredPosition = new Vector2(-310f,204f); V9.SetActive(true); if(Val9.V9) { TubRec3.SetActive(true);
116 if (Detector.ParticlesInside != 0 && Vid.Index == 12) { Vid.Index = 13; V9.SetActive(false); PosDrop.anchoredPosition = new Vector2(325f,204f); PosV9.anchoredPosition = new Vector2(-310.3f,66.5f); } } } else if (Vid.Index >= 13) { TubRec3.SetActive(false); } else if (!Vid.Activar) { TubRec3.SetActive(false); } } } Script del intercambiador using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class Intercambiador : MonoBehaviour { public Video Vid; int c, b; public GameObject Inter, Tub1, Tub2; public GameObject Camara; public Transform PosCamara; public ZibraLiquidDetector Detector1, Detector2, Detector3;
117 void Start() { c = 0; b = 0; } void Update() { if (Vid.Index == 11 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); if(b==0) { Inter.SetActive(true); b = 1; } if (Detector1.ParticlesInside != 0 && c == 0 ) { Inter.SetActive(false); Tub1.SetActive(true); c = 1; } if (Detector2.ParticlesInside != 0 && c == 1) { Tub2.SetActive(true); c = 2; } if (Detector3.ParticlesInside != 0) { Vid.Index = 12; Tub1.SetActive(false); c = 0; } else if (Vid.Index >= 13) { Tub2.SetActive(false); }
118 else if (!Vid.Activar) { Tub2.SetActive(false); Tub1.SetActive(false); Inter.SetActive(false); } } } } Script de la tubería de salida using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using com.zibra.liquid.Manipulators; public class Salida: MonoBehaviour { public Video Vid; public ValManuales Val67; public GameObject TubSalida, EmitterAux, EmitterV6, EmitterV7; public GameObject Camara, V6, V7; public Transform PosCamara; public RectTransform PosV6, PosV7, PosDrop; public ZibraLiquidDetector Detector, DetectorAux; void Start() { EmitterAux.SetActive(false); } void Update() { if (Vid.Index == 13 && Vid.Activar) { Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation);
119 TubSalida.SetActive(true); V6.SetActive(true); V7.SetActive(true); PosDrop.anchoredPosition = new Vector2(118.3f,204f); PosV6.anchoredPosition = new Vector2(103.6f,106.5f); PosV7.anchoredPosition = new Vector2(103.6f,66.5f); if (!Val67.V6) { EmitterV6.SetActive(true); } else{ EmitterV6.SetActive(false); } if (!Val67.V7) { EmitterV7.SetActive(true); } else{ EmitterV7.SetActive(false); } if (DetectorAux.ParticlesInside != 0) { EmitterAux.SetActive(true); } if (Detector.ParticlesInside != 0 && Vid.Index == 13) { Vid.Index = 14; Vid.Aux2 = false; V6.SetActive(false); V7.SetActive(false); PosDrop.anchoredPosition = new Vector2(325f,204f); PosV6.anchoredPosition = new Vector2(310.3f,-3.5f); PosV7.anchoredPosition = new Vector2(103.6f,-31.5f); } } else if (Vid.Index >= 14) {
120 TubSalida.SetActive(false); } else if (!Vid.Activar) { TubSalida.SetActive(false); } } }
121 ANEXO III: SCRIPTS DE LA SIMULACIÓN DEL DEPÓSITO Script de inicialización del depósito para su simulación using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using UnityEngine.UI; public class DepositoInterior : MonoBehaviour { public Interfaz ActDeposito; public Video Vid; public GameObject DepositoInt; public GameObject Camara; public Transform PosCamara; public bool Camisa, Panel, ModoVideo; public GameObject V1, V2, V3, V6, V7, V9, Input, SliderQc, SliderQf, QcText, QfText, ValorQc, ValorQf, MFuncion; void Start(){ Camisa = false; Panel = true; } void Update(){ if (ActDeposito.Deposito){ DesactPanel(); Camara.transform.SetPositionAndRotation(PosCamara.position,PosCamara.rotation); DepositoInt.SetActive(true); } else if (ActDeposito.Deposito == false && Vid.Index != 7 && ActDeposito.Video == true){
128 Script de escritura de datos en document txt using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; using UnityEngine.UI; using System.IO; using TMPro; public class EscrituraTxt : MonoBehaviour { string ruta, datos, hora, minuto, dia, mes, year,fecha; public Calculo variables; public Texto hsensor; // Start is called before the first frame update void Start() { hora = System.DateTime.Now.Hour.ToString(); minuto = System.DateTime.Now.Minute.ToString(); dia = System.DateTime.Now.Day.ToString(); mes = System.DateTime.Now.Month.ToString(); year = System.DateTime.Now.Year.ToString(); fecha = dia+"-"+mes+"-"+year+"-"+hora+minuto; ruta = Application.dataPath + "/DatosMatlab/"+fecha+".txt"; if (!File.Exists(ruta)){ File.WriteAllText(ruta,""); } } public void EscribirDatos(){ datos = (variables.t) + " " + variables.Qf + " " + variables.Qc + " " + variables.h + " " + hsensor.h + "\n"; File.AppendAllText(ruta, datos); } }
129 ANEXO IV: SCRIPT DE MATLAB clear; %% Set up the Import Options and import the data opts = delimitedTextImportOptions("NumVariables", 5); % Specify range and delimiter opts.DataLines = [1, Inf]; opts.Delimiter = " "; % Specify column names and types opts.VariableNames = ["Tiempo", "FlujoF", "FlujoC", "Altura", "Sensor"]; opts.VariableTypes = ["double", "double", "double", "double","double"]; % Specify file level properties opts.ExtraColumnsRule = "ignore"; opts.EmptyLineRule = "read"; opts.ConsecutiveDelimitersRule = "join"; opts.LeadingDelimitersRule = "ignore"; % Specify variable properties opts = setvaropts(opts, ["Tiempo", "FlujoF", "FlujoC", "Altura", "Sensor"], "DecimalSeparator", ","); opts = setvaropts(opts, ["Tiempo", "FlujoF", "FlujoC", "Altura", "Sensor"], "ThousandsSeparator", "."); % Import the data Datos = readtable("27-1-2024-1934.txt", opts); %% Clear temporary variables clear opts t=Datos.Tiempo; Qf=Datos.FlujoF;
130 Qc=Datos.FlujoC; h=Datos.Altura; hs=Datos.Sensor; tiledlayout(2,1); nexttile yyaxis left plot(t, h,'-k') ylabel('Altura [m]') yyaxis right plot (t, Qc,'-r',t, Qf,'-b') ylabel('Flujo [m^3/s]') xlabel("Tiempo [s]") legend("Altura","Qf","Qc") nexttile plot(t, h,'-k',t,hs,'-g') ylabel('Altura [m]') xlabel("Tiempo [s]") legend("Altura","Sensor")