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El aire comprimido es indispensable en el ámbito industrial, es una de las fuentes de energía más utilizadas. El aire comprimido representa entre el 10% y el 30% del uso total de energía en la producción industrial, y a veces incluso más. El aire comprimido es uno de los servicios públicos más caros, por lo que la eficiencia del aire comprimido es especialmente crucial.
Desgraciadamente, en muchas fábricas no se presta suficiente atención al ahorro de aire comprimido. No hay suficiente atención ni tiempo disponible para trabajar de forma coherente en la mejora de la eficiencia del sistema de aire comprimido, y esto comienza con la falta de ojos y oídos adecuados en el sistema. A menudo, lo vemos:
- No hay ningún sistema de control/medición
- Cuando existe un sistema de control, éste se compone de medidores de potencia. No se instalan medidores de presión o de caudal. Por lo tanto, no hay una imagen completa.
- Cuando hay instrumentos presentes, e incluso conectados a un sistema general, no hay suficiente información para afinar las acciones de mejora del aire comprimido.
Este estudio de caso demuestra cómo un sistema de supervisión puede ayudar a mejorar la eficiencia del sistema de aire comprimido.
Estudio de caso
Sobre nuestro cliente
Nuestro cliente es uno de los mayores productores de pantallas semiconductoras y MLED del mundo, situado en Pekín (China). El aire comprimido se utiliza principalmente para secar sus chips, incrustar materiales en los chips/placas, fabricar placas de circuitos impresos y refrigerar los chips durante el proceso de fabricación. En esta fábrica y en la industria de los semiconductores en general, la pureza del aire comprimido debe cumplir las normas más estrictas debido a sus aplicaciones críticas. Para obtener productos de la mejor calidad, el entorno de fabricación debe estar libre de contaminantes y el aire comprimido debe estar exento de aceite.
Nuestro cliente es uno de los mayores productores de pantallas semiconductoras y MLED del mundo, situado en Pekín (China).
Descripción del sistema
El sistema de aire comprimido de la fábrica consta de siete compresores centrífugos exentos de aceite, dos compresores de tornillo exentos de aceite, dos depósitos de inercia de 15m3, cuatro secadores desecantes y filtración. El sistema está construido en una sala de compresores de la central eléctrica, con entrada de aire natural a través de ventanas. El volumen total de aire requerido en el lado de la demanda es de aproximadamente 640m3/min.
No había ningún sistema de control de la energía. El cliente tenía algunos sensores de caudal y presión. La vida útil de estos sensores era de más de 10 años y no estaban en uso. Por tanto, los datos de medición no eran fiables.
La fábrica consumía mucho aire comprimido cada día y suponía hasta el 20% de su consumo total de energía. El coste anual del sistema de aire comprimido ascendía a 20 millones de yuanes. El cliente sintió la necesidad de mejorar la eficiencia del aire comprimido en la planta.
Nuevo sistema de gestión del aire comprimido
Se ha implantado un nuevo sistema de medición y control del aire comprimido en toda la fábrica con:
- 10 Piezas de VPFlowScope Probe 4-en-1 para medir el caudal másico, la presión, la temperatura y el caudal total. Siete se instalaron en las tuberías principales que van a distintos departamentos, mientras que las otras tres se colocaron a nivel de las máquinas.
- Se instaló una pieza de sensor de punto de rocío después de los secadores.
- Un sistema de monitorización de la energía para recoger todos los datos de medición en tiempo real, analizarlos, generar informes y orientar la ejecución de un proyecto de ahorro energético.
Conclusiones y soluciones
El análisis de todos los datos de medición recogidos condujo a los siguientes diagnósticos. En consecuencia, los datos ayudaron a tomar decisiones de inversión basadas en hechos sobre cómo mejorar el sistema. Y el seguimiento de la situación antes y después ayudó a establecer qué ahorros se obtuvieron al final.
El estado de ventilación de la sala de la estación de aire comprimido influye en la eficiencia del compresor.
Las condiciones ambientales de la sala de compresores pueden afectar a la eficiencia de los mismos, especialmente en el caso de los compresores centrífugos. En esta fábrica, el aire de admisión pasaba por un simple sistema de filtro no tejido, que se obstruía fácilmente. Esto daba lugar a un gran valor de presión negativa en la estación de compresores de aire. Aunque los filtros se sustituían semanalmente, el valor de la presión negativa oscilaba entre -30Pa y -40Pa. Cuanto más largo era el ciclo de sustitución de los filtros, mayor era el valor de la presión negativa. Además, debido a la escasa ventilación, la temperatura ambiente superaba el rango permitido para el funcionamiento del equipo. Se ha comprobado que cuando la temperatura del aire en la entrada del compresor disminuye en 3°C, el volumen de escape aumenta en un 1%.
Las condiciones ambientales de la sala de compresores pueden afectar a la eficiencia de los mismos.
Para mejorar la ventilación de la estación de compresores de aire, se añadieron 10 filtros no tejidos de 1x2m a la pared lateral de la sala para aumentar el suministro de aire fresco. Como resultado, el valor de la presión negativa de la sala aumentó a -10Pa. La temperatura en el lado oeste de la estación de compresores de aire se redujo en aproximadamente 1°C, y la temperatura en el lado este se redujo incluso en 6-8°C, lo que mejoró en gran medida las condiciones de funcionamiento de los compresores de aire y los secadores.
Cada bar menos de presión ahorra un 7% de energía.
La presión global del sistema se fijó en 7 bares, una cifra poco razonable, ya que no todos los departamentos necesitaban este nivel de presión para funcionar. Mantener esta presión en toda la fábrica cuesta más energía. Una presión global del sistema de 6 bares resultó ser suficiente. Sólo con esta mejora, la fábrica ya ha ahorrado un 7% en la factura energética.
Cada bar menos de presión ahorra un 1% de energía.
Añadir un volumen de búfer suficiente para mejorar los controles del compresor.
El volumen del depósito de inercia era demasiado pequeño y la presión del sistema fluctuaba considerablemente (más de 0,5 bar). Cuando la presión del sistema era inferior o igual a 7,0 bar, se activaba automáticamente un compresor de reserva en frío que se ponía en marcha, se descargaba y se detenía poco después. Esto suponía un consumo extra de energía sin ningún efecto sobre el consumo de aire comprimido. Se añadieron dos depósitos de inercia, de 12m3 y 15m3, para aumentar la capacidad de inercia. Esto redujo la fluctuación a unos 0,2 bares. En combinación con la reducción global del nivel de presión, se evitó la activación innecesaria del compresor de reserva en frío.
La adición de un tanque de amortiguación ayudará a aliviar la curva de fluctuación de la presión.
El cambio de los secadores desecantes del control basado en el tiempo al control basado en el punto de rocío tiene un efecto positivo en el consumo de energía.
Se añadió un sensor de punto de rocío al sistema, cerca del lado de la demanda de la fábrica. Reveló que el punto de rocío en invierno era muy bajo. Los datos apoyaron el cambio del control basado en el tiempo al control basado en el punto de rocío. Cuando el punto de rocío es de -70 °C, se activan las torres de secado. La energía eléctrica y el gas de regeneración necesarios para el ciclo de regeneración se redujeron. El modo de funcionamiento del secador se amplió de 8 a 12 horas.
VPInstruments Sensor de punto de rocío proporciona una medición precisa del punto de rocío de las tuberías de su fábrica.
Conclusiones
A través de la experimentación, las mediciones combinadas con el sistema de monitorización de la energía han demostrado ser un poderoso medio para mejorar la eficiencia energética en las fábricas.
- Gracias a los datos del sistema de monitorización del aire comprimido, los especialistas pudieron realizar un diagnóstico en profundidad. Los datos de las mediciones se transfieren directamente a la nube y son accesibles en cualquier momento, desde cualquier rincón del mundo. La Industria 4.0 está sucediendo y la monitorización remota está mejorando la eficiencia de la gestión energética en todos los sentidos.
- Se adoptaron varias soluciones de ahorro energético para mejorar la eficiencia energética de la fábrica. Después de cada acción de ahorro de energía, los datos en tiempo real proporcionaron una retroalimentación probatoria, que permite a los ingenieros realizar un análisis de datos y llevar a cabo más resoluciones para ahorrar energía.
- Con todas las mejoras, la tasa de ahorro de energía en la fábrica aumentó un 13%. La empresa ahorra cada año unos 455.000 euros en su factura de electricidad.
La Industria 4.0 está ocurriendo y monitorización remota está mejorando la eficiencia de la gestión energética en todos los sentidos.
Fuente: 杨建国等，云平台及数据分析在压缩空气系统节能中的应用【J】，压缩机技术，2017.2
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