ingeniería sostenible -clase 4 -...

Ingeniería Sostenible

-Clase 4 -

1

Verano de 2013

Descripción del CursoDescripción del CursoDescripción del CursoDescripción del Curso Jueves Junio 6, 2013Jueves Junio 6, 2013Jueves Junio 6, 2013Jueves Junio 6, 2013

Dr. Heidi Taboada

Dr. José Espíritu

Dr. Noé Vargas

1. Inherente en lugar de circunstancial 2. La prevención en lugar del tratamiento 3. Diseñar para la separación 4. Maximizar la masa, la energía, el espacio y la

eficiencia del tiempo 5. Output-pulled comparado contra Input-pushed 6. Balance de complejidad7. Durabilidad en lugar de la inmortalidad 8. Satisfacer lo necesario, reducir al mínimo el

exceso 9. Minimizar la diversidad de material 10. Integrar el material local y los flujos de energía 11. Diseñar para otra vida comercial 12. Utilizar fuentes renovables

12 Principios de Ingeniería Verde

1. Inherente en lugar de circunstancial

Los diseñadores tienen que esforzarse por asegurar que todas las entradas y

salidas de materia y energía sean inherentemente lo menos peligrosas posible

Los Principios de Ingeniería Verde

2. La prevención en lugar del tratamiento

Es mejor prevenir la formación de desechos, que tratar de removerlos una ves

que se han formado

3. Diseñar para la separación

Las operaciones unitarias de separación y purificación se deben diseñar para

minimizar el uso de materias primas y energía requeridas.

4. Maximizar la Eficiencia

Productos, procesos y sistemas deben estar diseñados para maximizar la masa, la

energía, el espacio y la eficiencia del tiempo.

5. Output-pushed contra la Input-pushed

La producción se debe basar en la demanda y eliminar los residuos debido a la

sobreproducción y así reducir los costos de almacenamiento

6. Balance de complejidad

La entropía y la complejidad intrínseca de los sistemas deben de ser vistos como

una inversión cuando se estudian las alternativas de reciclaje, reutilización o

desecho. 3

7. Durabilidad en lugar de la inmortalidadEs necesario el diseño de productos con una vida definida con el objeto de evitar la inmortalidad .

The Green Engineering Principles

8. Satisfacer lo necesario, reducir al mínimo el exceso

Diseñar para capacidades innecesarias (“un diseño para todo”) es un error de

diseño.

9. Minimizar la Diversidad de Materiales

Reducir al mínimo el numero de materiales diferentes.

10. Integrar los flujos de materiales y energía

Los productos, procesos y servicios diseñados deben incluir integración e

interconectividad de corrientes de materia y energía.

11. Diseñar para otra vida comercial

Los productos, procesos y servicios deben estar diseñados para tener un

rendimiento alto vida comercial y en su vida “posterior”

12. Utilizar fuentes renovables

Las fuentes de materia y energía deben ser renovables en vez de agotables4

Toyota Highlander Hybrid (27 mpg ciudad/ 25 mpg carretera

Toyota Highlander (20 mpg ciudad / 27 mpg carretera)

TRABAJEN EN GRUPOS – Ejercicio de Discusión

Q: Es el Toyota Highlander Hybrid en verdad un vehículo verde?

Contesten en menos de 250 palabras.

No hay una respuesta correcta o incorrecta, sólo los argumentos fuertes o débiles.

5

Vean “RESIDUOS= COMIDA” documental con William McDonough

and Michael Braungart

Realiza un análisis de el video contestando a las siguientes preguntas:

(approx. 500 palaras)

• Expliquen la filosofía detrás del documental “RESIDUOS=COMIDA”?

• Qué estan haciendo Ford y Nike para poner en práctica esta filosofía?

• Reciclar - upcycle - downcycle: ¿cuáles son las diferencias?

• Cambió este vídeo tu manera de pensar acerca de los procesos de

producción y consumo?, Si es así, cómo? , Que piensas ahora de lo que es

un vehículo verde?

http://vimeo.com/3237777

Tarea #2

7 © ME – UTEPIngeniería Sostenible – 2013 – Intro

Noé Vargas Hernández

UK

AZ

MX


Ingeniería SosteniblePiura, Peru, Verano 2013

Diseño Sostenible

Dr. Heidi Taboada

Dr. José Espíritu

Dr. Noé Vargas


Definiciones Importantes

Sostenibilidad, SustentabilidadEn un sentido amplio es la habilidad de mantener cierto proceso o

estado.

La Ingeniería es la interface entre la Ciencia y la Sociedad


Datos Importantes

� Las selvas tropicales se han reducido 11 millones de hectareas por año

� Se pierden 26 billones de toneladas de suelo por erosion anualmente

� Anualmente se forman 6 millones de hectareas de desiertos por mala administración de suelos

� Los niveles de los mantos freáticos estan cayendorápidamente en partes de Africa, China, India y Américadel Norte mientras que el consumo se incrementa.

� Varios miles de especies de animales y plantas se extinguen al año


Datos Importantes

� Mas de 50 pesticidas contaminan el agua subterranea en 32 estados de la Unión Americana; mas de 2,500 sitios de desechos tóxicos requieren limpieza

� El incremento de la temepratura promedio se proyecta entre 1.5C a 4.5C entre hoy y el 2050

� Se estima que el nivel del mar se incrementará entre 4.7 pies a 7.1 pies para el año 2100

� El agujero en la capa de ozono sobre el Antártico cada primavera sugiere un incremento gradual.


Los Principios de Hanover

� El documento se desarrolló en la ciudad de Hannover en el año 2000 durante la exposición “Humanidad, Naturaleza, y Tecnología”

� También se le conoce como Carta de Derechos de la Tierra.

� Estos principios serán considerados por diseñadores, planificadores, personal gubernamental y todos los que estén involucrados en establecer las prioridades del medio ambiente creado artificial (built environment).

� Estos principios son para inspirar el diseño que cumpla con los requerimientos y aspiraciones del presente sin comprometer la habilidad del planeta para mantener un futuro igualmente sostenible


The Hannover Principles

DEFINITIONS

Sustainability:

The concept of sustainability has been introduced to combine concern for the well-being of the planet

with continued growth and human development. Though there is much debate as to what the word

actually suggests, we can put forth the definition offered by the World Commission on Environment and

Development: "Meeting the needs of the present without compromising the ability of future

generations to meet their own needs."

In its original context, this definition was stated solely from the human point of view. In order to

embrace the idea of a global ecology with intrinsic value, the meaning must be expanded to allow a l l

parts of nature to meet their own needs now and in the future.

Design:

The Hannover Principles aim to provide a platform upon which designers can consider how to adapt

their work toward sustainable ends. Designers include all those who change the environment with the

inspiration of human creativity. Design implies the conception and realization of human needs and

desires.

Design for Sustainability:

Designing for sustainability requires awareness of the full short and long-term consequences of any

transformation of the environment. Sustainable design is the conception and realization of

environmentally sensitive and responsible expression as a part of the evolving matrix of nature.



1. Insistir en el derecho de la humanidad y la naturaleza en coexistir – in a healthy, supportive, diverse and sustainable condition

2. Reconocer la dependencia – The elements of human design interact with and depend upon the natural world, with broad and diverse implications at every scale. Expand design considerations to recognizing even distant effects

3. Respetar las relaciones entre espíritu y materia – Consider all aspects of human settlement including community, dwelling, industry and trade in terms of existing and evolving connections between spiritual and material consciousness



4. Aceptar la responsabilidad por las consecuencias del diseño – decisions upon human well being, the liability of natural systems and their right to co-exist

5. Crear objetos seguros con valor de largo plazo – Do not burden future generations with requirements for maintenance of vigilant administration of potential danger due to the careless creation of products, processes or standards

6. Eliminar el concepto de desperdicio – Evaluate and optimize the full life-cycle of products and processes, to approach the state of natural systems, in which there is no waste



7. Tomar ventaja de los flujos naturales de la energía – Humans designs should, like the living world, derive their creative forces from perpetual solar income. Incorporate this energy efficiently and safely for responsible use

8. Entender las limitaciones de diseño – No human creation lasts forever and design does not solve all problems. Those who create and plan should practice humility in the face of nature. Treat nature as a model and mentor, not as an inconvenience to be evaded or controlled

9. Buscar la mejora continua compartiendo el conocimiento –Encourage direct and open communication between colleagues, patrons, manufacturers and users to link long term sustainable considerations with ethical responsibility, and re-establish the integral relationship between natural processes and human activity


Ejemplos de Diseño Sostenible



• Weight reduced by

58%

• Energy use reduced by

14%

• Helium use reduced by

33%


Estrategia de Eco-Diseño - iMac



� Zanussi spiral flame burner

h20 % Less gas usage

h22 % Less cooking time

• Dyson Airblade

– 74 % Less energy

– 63 % Less time to dry hands


Tornillos de plastico de memoria de forma


Nokia mobile phone


What is sustainability (3P’s)?

SUSTAINABLE

ECONOMIC

VIABILITY

(PROFIT)

ENVIRONMENTAL

CARE

(PLANET)

+

SOCIAL

RESPONSIBILITY

(PEOPLE)

+


ACV (LCA) ha sidouna herramienta de

diseñorestrospectiva,

típicamente aplicadaal final del proceso

de diseño

DfE es unaherramienta de

Diseño Concurrente


Principios de Diseño para el Medio Ambiente (DfE)

� DfE propone una serie general de principios a considerar durante el diseño, por ejemplo:h Selección de Material: Environmental impact: can be reduced by selecting non-toxic

materials as well as recycled materials. The processing of these types of materials requires low energy.

h Eficiencia Energética: When designing, products are intended to consume less energy in the manufacturing process.

h Calidad y Durabilidad: Design products to last longer and with enhanced durability in order to avoid frequent replacements.

h Diseño para re-uso y reciclado: Products should be created with the intent of being recycled in their afterlife.

h Diseñar con Simplicidad: Designing a product with a less complex structure can lead to an easy disassembly and reduced impact measure of carbon footprint.

� Estos principios pueden ser muy abstractos, necesitamos algunos ejemplos para entender COMO implementar estos principios en nuestros diseños


Cuál es el Impacto de Nuestras Decisiones de Diseño?Decisiones de diseño usando

información de LCA en “Tiempo Real”

Herramientapredictiva de LCA

Proceso de Diseño Manufactura Transporte Uso Final

Decisiones de Diseño

Información guía efectiva paratoma de decisiones en diseño


CES Eco Audit Tool

•La herramienta Eco Audit se basa principalmente en seleccionesde alto nivel, esto permite una “foto” rápida del perfil de energía/CO2 del producto durante el proceso de diseño

•La exactitud de los resultados es 80% approximadamente, lo quees suficiente para darse una idea del impacto.

DfE Principios

Cambios de Diseño

Impacto Eco Audit

DfE Ejemplos

Ingeniería SosteniblePiura, Peru, Verano 2013

Design for the Environment:

Principios de Diseño Sostenible y Ejemplos

Dr. Heidi Taboada

Dr. José Espíritu

Dr. Noé Vargas

Principios DfE

•Investigadores varios han propuesto principios de Diseño para el Medio

Ambiente (DpMA, DfE), Diseño Verde o Eco-Diseño.

•La mayoría de estos principios son “check lists” genéricos en base a

experiencia.

•No existen herramientas automatizadas para rediseño ecológico.

•Existen algunas funciones en CAD que han implementado de manera limitada

algunos principios relacioneados a geometría, ensambles, y selección de

materiales. Esto es complejo pues las reglas deben ser suficientemente

generales para cubrir casos relevantes, pero tambien suficientemente

especificas para aportar recomendaciones útiles.

Principios DfE

Principios DfE

Estos son algunos Principios DfE compilados por Telenko et al (2008)

•Asegurar la sostenibilidad de los recursos (Materias Primas)

•Asegurar entradas y salidas saludables (Uso)

•Asegurar el uso mínimo de recursos durante las fases de producción y

transporte

•Asegurar el uso eficiente de recursos durante el uso

•Asegurar la durabilidad apropiada del producto y componentes (Uso)

•Desensamble (Reciclado/Disposición)

Asegurar la sostenibilidad de los recursos (Materias Primas)

1. Specifying renewable and abundant resources

2. Specifying recyclable, or recycled materials, especially those within the

company or for which a market exists or needs to be stimulated

3. Layering recycled and virgin material where virgin material is necessary

4. Exploiting unique properties of recycled materials

5. Employing common and remanufactured components across models

6. Specifying mutually compatible materials and fasteners for recycling

7. Specifying one type of material for the product and its subassemblies

8. Specifying non-composite, non-blended materials and no alloys

9. Specifying renewable forms of energy

Asegurar la sostenibilidad de los recursos (Materias Primas)

Explotar las propiedades únicas de los

materiales reciclados

Emplear componentes comunes y

remanufacturados entre modelos

Principios DfE





transporte




Asegurar entradas y salidas saludables (Uso)

1. Installing protection against release of pollutants and hazardous substances

2. Specifying non-hazardous and otherwise environmentally “clean”

substances, especially in regards to user health

3. Ensuring that wastes are water-based or biodegradable

4. Specifying the cleanest source of energy

5. Including labels and instructions for safe handling of toxic materials

6. Specifying clean production processes for the product and in selection of

components

7. Concentrating toxic elements for easy removal and treatment

Asegurar entradas y salidas saludables (Uso)

Especificar las fuentes mas limpias de

energía

Principios DfE





transporte




Asegurar el uso mínimo de recursos durante las fases de producción y transporte

1. Replacing the functions and appeals of packaging through the product’s

design

2. Employing folding, nesting or disassembly to distribute products in a

compact state

3. Applying structural techniques and materials to minimize the total volume

of material

4. Specifying lightweight materials and components

5. Specifying materials that do not require additional surface treatment or

inks

6. Structuring the product to avoid rejects and minimize material waste in

production

7. Minimizing the number of components

8. Specifying materials with low-intensity production and agriculture

9. Specifying clean, high-efficiency production processes

10. Employing as few manufacturing steps as possible

Asegurar el uso mínimo de recursos durante las fases de producción y transporte

Aplicar técnicas estructurales y materiales para minimizar el volumen total del

material

Principios DfE





transporte




Asegurar el uso eficiente de recursos durante el uso

1. Implementing reusable supplies or ensuring the maximum usefulness of

consumables

2. Implementing fail safes against heat and material loss

3. Minimizing the volume, area and weight of parts and materials to which energy

is transferred

4. Specifying best-in-class, energy efficient components

5. Implementing default power down for subsystems that are not in use

6. Ensuring rapid warm up and power down

7. Maximizing system efficiency for an entire range of usage conditions

8. Interconnecting available flows of energy and materials within the product and

between the product and its environment

9. Incorporating partial operation and permitting users to turn off systems

partially or completely

10. Using feedback mechanisms to indicate how much energy or water is being

consumed

11. Incorporating intuitive controls for resource-saving features

12. Incorporating features that prevent waste of materials by the user

13. Defaulting mechanisms to automatically reset the product to its most efficient

setting

Asegurar el uso eficiente de recursos durante el uso

Interconectar flujos disponibles de

energía y materiales dentro del

producto y entre el producto y el

ambiente

Incorporar características que prevengan

el desperdicio de materiales por el

usuario

Principios DfE





transporte




Asegurar la durabilidad apropiada del producto y componentes (Uso)

1. Reutilizing high-embedded energy components

2. Planning for on-going efficiency improvements

3. Improving aesthetics and functionality to ensure the aesthetic life is equal

to the technical life

4. Ensuring minimal maintenance and minimizing failure modes in the product

and its components

5. Specifying better materials, surface treatments, or structural arrangements

to protect products from dirt, corrosion, and wear

6. Indicating on the product which parts are to be cleaned/maintained in a

specific way

7. Making wear detectable

8. Allowing easy repair and upgrading, especially for components that

experience rapid change

9. Requiring few service and inspection tools

10. Facilitating testing of components

11. Allowing for repetitive dis- and re- assembly

Asegurar la durabilidad apropiada del producto y componentes (Uso)

Allowing easy repair and upgrading, especially for components

that experience rapid change

Principios DfE





transporte




Desensamble (Reciclado/Disposición)

1. Indicating on the product how it should be opened and make access points obvious

2. Ensuring that joints and fasteners are easily accessible

3. Maintaining stability and part placement during disassembly

4. Minimizing the number and variety of joining elements

5. Ensuring that destructive disassembly techniques do not harm people or reusable

components

6. Ensuring reusable parts can be cleaned easily and without damage

7. Ensuring that incompatible materials are easily separated

8. Making component interfaces simple and reversibly separable

9. Organizing a product or system into hierarchical modules by aesthetic, repair, and

end-of-life protocol

10. Implementing reusable/swappable platforms, modules, and components

11. Condensing into a minimal number of parts

12. Specifying compatible adhesives, labels, surface coatings, pigments, etc. which do

not interfere with cleaning

13. Employing one disassembly direction without reorientation

14. Specifying all joints so that they are separable by hand or only a few, simple tools

15. Minimizing the number and length of operations for detachment

16. Marking materials in molds with types and reutilization protocols

17. Using a shallow or open structure for easy access to subassemblies

Desensamble (Reciclado/Disposición)

Organizar el producto ó sistema en modulos jerárquicos por

estética, reparaciones, y protocolo de fin-de-vida

Implementando DfE a nivel Corporativo

No hay “solución mágica” para la implementació de DfE.

Por Qué?

La implementación requiere la integración de los procesos y objetivos DfE con

las estrategias, valores y procesos corporativos clave.

Esto significa que las compañias y coroporaciones no pueden ni deben adoptar

ciegamente estas prácticas.

Compañias como Volvo, Hewlet Packard, Lucent Technologies, Xerox, entre

otras, han implementado exitosamente politicas de DfE.

DRIVERS

Current and future legislation

Customer/supply

chain pressure

Competitor pressure

Depleting resources

BENEFITS

Reduced manufacturing

costs

Reduced end-of-life costs

Functionality and service

innovation

Environmental marketing

ECO-DESIGN

Que tan verde es tu Marca?

Conclusión

•Los diseñadores necesitan herramientas LCA en tiempo-real para conocer

inmediatamente los efectos de sus decisiones

•Los diseñadores necesitan conocer los principios DfE y también una guía

efectiva para poder aplicarlos

•La sostenibilidad deberá ser aceptada y promovida también a nivel

corporativo

•Hay beneficios para las compañias que aplican principios sostenibles

•Debemos promover los principios sostenibles en todos los niveles, no

podemos darnos el lujo de esperar

Principios DfE

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