Un fabricante mundial de envases de vidrio de los Países Bajos no deja piedra sin mover cuando se trata de la calidad del producto, el tiempo de funcionamiento de la planta y la conservación de la energía. Por eso ha actualizado su sistema de aire comprimido para producir más de mil millones de botellas y envases de vidrio al año.

Para mejorar el suministro de aire comprimido en la planta, que se abastece de sistemas de aire comprimido de baja y alta presión, el fabricante dio un primer paso importante al utilizar caudalímetros para supervisar y medir el rendimiento de ambos sistemas. La planificación posterior basada en datos procesables condujo a una actualización única del sistema de aire comprimido que aumenta la capacidad de la planta para mantener en todo momento una producción máxima de botellas y envases de vidrio de alta calidad, al tiempo que ahorra 150.000 dólares al año en costes de energía. Además, el proyecto se amortizó en menos de dos años.

El sistema de aire comprimido de alta presión del fabricante de vidrio (arriba) y el sistema de aire comprimido de baja presión (abajo) incorporan el uso de un reforzador de aire comprimido para lograr la eficiencia energética y la estabilidad de la presión.

Procesos de embotellado con máquinas calientes y frías

La división holandesa de esta multinacional, que es uno de los principales productores de envases de vidrio del mundo, tiene varias plantas de fabricación de vidrio en los Países Bajos. La planta principal, que necesitaba abordar su sistema de aire comprimido, funciona veinticuatro horas al día, siete días a la semana, para producir 1.300 millones de botellas de cerveza de vidrio al año. Las impecables botellas se envían a las principales marcas de cerveza y a pequeñas cervecerías de los Países Bajos y de otras partes del mundo. La planta también suministra aire comprimido a una fábrica de vidrio adyacente, que fabrica copas de vino.

El proceso de embotellado de la planta comienza con el proceso de la parte caliente, en el que los hornos convierten la materia prima en vidrio fundido. A temperaturas de hasta 1.200oF, el vidrio entra en una etapa de plástico para que pueda ser cortado en forma de gota cilíndrica, que finalmente se convierte en botellas de vidrio y otros envases. A continuación, se utiliza un proceso automatizado de soplado con múltiples máquinas IS para formar las botellas de cerveza.

Dentro de cada máquina IS, se utiliza aire comprimido para forzar la gota en un molde, que la convierte en un "parison", que es el nombre de la forma inicial del cuello de la botella de cerveza y de la propia botella. Una vez formado el parisón, se le da la vuelta al otro lado de la máquina, donde se abren las válvulas para que el aire comprimido sople el parisón hasta darle la forma deseada a la botella. Una vez enfriada, la botella se retira automáticamente de las máquinas IS y se transporta al proceso de acabado en frío de la fábrica, donde las botellas se inspeccionan y envasan.

Medición del rendimiento del sistema de aire comprimido

La planta de fabricación de vidrio siempre se esforzó por conservar la energía basándose en sus propios objetivos de sostenibilidad y en los de sus clientes. La atención a la conservación de la energía impulsó actualizaciones periódicas del sistema de aire comprimido, como el uso de un soplador de ocho CV para suministrar aire a una zona de la planta que sólo necesitaba aire a baja presión. El soplador, que sustituyó la necesidad de que el sistema de aire comprimido proporcionara el aire, supuso un ahorro de energía.

Sin embargo, a pesar de las continuas mejoras del sistema, los responsables de la toma de decisiones sabían que podían hacer más para reducir el consumo de energía eléctrica del sistema de aire comprimido de la operación, lo que provocó la necesidad de controlar y medir más de cerca la eficiencia de todo el sistema. Pero, ante todo, cualquier cambio en el sistema debía responder a la necesidad de optimizar el tiempo de funcionamiento de la planta.

Para medir con precisión el derroche de aire comprimido y mejorar el rendimiento, VPInstruments (https://www.vpinstruments.com/) instaló un total de 20 caudalímetros en el sistema de aire comprimido para medir y comparar la cantidad de aire comprimido producido con la cantidad de energía consumida por los compresores de aire.

En los compresores de aire de tornillo, los medidores se instalaron en la salida, justo después de los secadores de tambor incorporados. En las máquinas centrífugas, los caudalímetros se instalaron a continuación de sus secadores individuales de desecante. También se instalaron medidores en lugares clave del sistema de tuberías.

En el sistema de baja presión, los medidores de flujo mostraron que cada compresor de aire centrífugo proporcionaba aire al proceso de soplado de vidrio a una presión de 49 psi. En el sistema de alta presión, por su parte, dos compresores de aire centrífugos funcionaban continuamente a plena carga para proporcionar aire a 84 psi. La planta también funcionaba entre tres y cuatro compresores de aire de tornillo rotativo en modo de carga/descarga para proporcionar el aire adicional necesario en función de la demanda. Cada compresor de aire de tornillo rotativo funcionaba a una carga de entre el 70% y el 80% aproximadamente. En conjunto, el sistema de alta presión proporcionaba aire comprimido a una presión de entre 84 y 87 psi.

Los medidores de flujo instalados en el sistema de aire comprimido del fabricante de vidrio señalaron las oportunidades de ahorro de energía.

Un análisis más detallado del sistema de baja presión demostró que el sistema necesitaba atención. Cada compresor de aire funcionaba de forma independiente y sin compartir la carga, basándose en la información procedente de un único transmisor de presión. De este modo, un compresor de aire funcionaba a plena carga, mientras que la otra unidad funcionaba a carga mínima para suministrar el aire necesario, lo que provocaba purgas y desperdicio de energía para evitar que los compresores de aire entraran en una situación de sobrecarga.

Una evaluación del sistema de alta presión también reveló un derroche energético adicional. La evaluación durante un mes de funcionamiento normal demostró un número significativo de horas sin carga y de arranques/paradas en dos de los compresores de aire de tornillo rotativo del sistema de alta presión.

Basándose en la evaluación, el fabricante de envases de vidrio se asoció con Stork(https://www.stork.com/en/) para mejorar el rendimiento del sistema de aire comprimido. Stork, que es una división de la empresa mundial de ingeniería Flour Corporation, ofrece servicios de compresores de aire turbo independientes de la marca, que incluyen inspección, reparación, mantenimiento, modificación e ingeniería.

El sistema actualizado cuenta con un refuerzo del compresor de aire y controles

Para hacer frente a la necesidad crítica de mantener la presión en el sistema de baja presión a 49 psi - y al mismo tiempo - reducir el desperdicio de energía asociado con el sistema de aire comprimido, Stork instaló un compresor de aire de refuerzo centrífugo de una sola etapa, de 200 CV con capacidad para entregar hasta 2.400 scfm a 84 psi. También instaló un controlador maestro para permitir que el sistema de aire comprimido funcione como una sola red cohesiva utilizando los datos suministrados por los medidores de flujo de aire y los controladores.

El controlador maestro del sistema de aire comprimido se utiliza para optimizar el rendimiento de los sistemas de aire comprimido de baja y alta presión de la planta.

Además, Stork sustituyó el transmisor de presión único por dos transmisores en el sistema de baja presión para medir mejor la presión del aire y facilitar el reparto de la carga y el control de las máquinas centrífugas. En el mismo sistema, también sustituyó los controladores de cada uno de los compresores de aire centrífugos por controladores síncronos. Los controladores locales están equipados con contadores de horas para medir el soplado de las unidades centrífugas.

El nuevo controlador maestro supervisa todo el sistema de aire comprimido y determina dónde están los límites de los diferentes compresores de aire y los ajusta automáticamente para suministrar aire de forma eficiente a ambos procesos, al tiempo que permite una presión estable en el sistema de baja presión. El compresor de aire de refuerzo, por su parte, desempeña un papel igualmente vital en la estabilidad y fiabilidad del sistema.

El sistema proporciona un suministro de aire estable y eficiente

Actualmente, los dos compresores de aire centrífugos del sistema de baja presión funcionan a plena carga para suministrar aire al proceso de soplado de vidrio. Además, las mismas máquinas suministran aire a 49 psi al compresor de aire de refuerzo. El booster, que también funciona normalmente a plena carga, aumenta la presión de 49 psi a 84 psi y suministra aire al sistema de aire comprimido de alta presión. Esto permite a la planta cumplir el objetivo principal de mantener una presión estable de 49 psi al suministrar aire a la operación de soplado de vidrio, ya que cualquier exceso de aire de los compresores de aire centrífugos se alimenta al compresor de aire de refuerzo. Sin embargo, la nueva configuración también elimina el soplado de las máquinas centrífugas en el sistema de baja presión, ya que el exceso de aire se alimenta al sistema de alta presión.

Para garantizar un suministro constante y fiable de aire comprimido a 49 psi para la operación de soplado de vidrio, Stork instaló una válvula de emergencia en el sistema de tuberías entre los sistemas de aire comprimido de alta y baja presión. La válvula permite que el aire fluya desde el sistema de alta presión al sistema de baja presión si uno de los compresores de aire centrífugo de baja presión falla o está fuera de servicio. En todo momento, el controlador maestro garantiza que el aire suministrado a la operación de soplado de vidrio se mantenga a 49 psi, incluso si es suministrado por el sistema de alta presión y el compresor de aire centrífugo que funciona en el sistema de baja presión.

La actualización también garantiza un funcionamiento altamente eficiente del sistema de aire comprimido de alta presión. Como antes, la planta hace funcionar los dos compresores de aire centrífugos a plena carga. Sin embargo, ahora, con el aire suplementario del compresor de aire de refuerzo, normalmente sólo necesita hacer funcionar dos compresores de aire de tornillo rotativo a casi su capacidad para suministrar aire de forma eficiente y fiable al sistema de alta presión que alimenta el resto de los procesos de producción de la planta. Si la planta necesita aún más aire, el sistema añadirá automáticamente uno o más compresores de aire de tornillo rotativo. De este modo se elimina el derroche de energía que se producía en el pasado al cargar y descargar hasta cuatro compresores de aire de tornillo rotativo para satisfacer las necesidades del sistema de alta presión.

El tiempo de funcionamiento y el ahorro de energía son una ventaja.

La reciente modernización del sistema de aire comprimido ha permitido a esta planta mundial de embotellado de vidrio y fabricación de envases alcanzar su objetivo número 1: garantizar un suministro fiable y estable de aire comprimido a sus operaciones de soplado de vidrio, lo que a su vez refuerza aún más su capacidad para producir de forma rentable botellas y envases de vidrio de alta calidad con el máximo tiempo de actividad de la planta. La modernización también ha permitido a la planta cumplir un objetivo igualmente importante: ahorrar energía y costes. Hasta la fecha, la planta ahorra 150.000 dólares al año en su factura energética gracias al nuevo sistema diseñado. Además, el proyecto se amortizó en menos de dos años.

VPInstruments Caudalímetros para aire comprimido y gases industriales

El director de la planta de producción de envases de vidrio afirmó que la capacidad de medir y supervisar el sistema de aire comprimido fue crucial para demostrar al equipo directivo el potencial de ahorro energético y la conveniencia de invertir en la actualización del sistema. Basándose en los resultados del reciente proyecto del sistema de aire comprimido, el fabricante de envases de vidrio sigue trabajando con Stork y VPInstruments para obtener ahorros de energía adicionales mediante la supervisión y medición continuas del sistema de aire comprimido, con la vista puesta en estrategias adicionales para optimizar aún más el rendimiento del sistema.

Por Mike Grennier, Compressed Air Best Practices® Magazine