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El fabricante de automóviles ahorra 600.000 dólares anuales en costes de energía y mejora la fiabilidad del sistema de aire comprimido
Una avanzada planta de fabricación de automóviles de la mitad occidental de EE.UU. está cumpliendo su objetivo de lograr un futuro más ecológico, gracias a una exhaustiva auditoría del sistema de aire comprimido, seguida de la implantación de una avanzada tecnología de control y de medidores de flujo de aire para un control y una medición continuos que garanticen la eficacia del sistema.
El proyecto, que también supuso la adición de un compresor de aire de refuerzo y un depósito receptor -junto con la instalación de una importante válvula de control de presión-, ofrece al fabricante de automóviles la posibilidad de hacer funcionar menos compresores de aire centrífugos durante los picos de producción. De este modo, la planta ahorra casi 6,1 millones de kWh y más de 600.000 dólares al año en costes de energía. Además, el proyecto obtuvo una rebaja de 369.374 dólares de la compañía eléctrica local, lo que supuso una amortización del proyecto de seis meses, al tiempo que mejoraba la fiabilidad del sistema.
Compresores de aire centrífugos Producción de energía
El aire comprimido es el corazón de la producción en la planta de fabricación, que se extiende a lo largo de 115 acres. El aire comprimido alimenta la neumática utilizada para controlar los robots, además de alimentar las cintas transportadoras y los equipos de embalaje. También se utiliza mucho en las operaciones de pintura, estampación y moldeo de plásticos.
Antes de la actualización del sistema de aire comprimido, la planta operaba con siete compresores de aire centrífugos ubicados en una central eléctrica. Los compresores de aire incluyen seis compresores de aire centrífugos de 1.250 caballos (hp) y una máquina de 700 hp. El sistema también incluía ocho secadores refrigerados, así como cuatro tanques receptores de 2.500 galones y un tanque de 5.000 galones.
Los modelos de compresores de aire y sus clasificaciones son los siguientes:
| Modelo | Presión máxima | Capacidad | Número de unidades | HP |
| Modelo 1 | 143 Psig | 3,723 CFM | 3 | 1250 |
| Modelo 2 | 4,523 CFM | 1 | 1250 | |
| Modelo 3 | 2,612 CFM | 1 | 700 | |
| Modelo 4 | 4,546 CFM | 2 | 1250 |
Un total de siete compresores de aire centrífugos Ingersoll Rand se utilizan para alimentar la producción en una planta de automoción que abarca 115 acres.
El fabricante de automóviles inició un esfuerzo interno en 2016 para lograr un ahorro energético y aumentar la eficiencia de su sistema de aire comprimido, cuyo funcionamiento costaba entonces 1,6 millones de dólares al año. La complejidad de los compresores de aire centrífugos, así como el método para controlarlos, llevó a la empresa a buscar el apoyo de expertos en sistemas de aire comprimido.
Una auditoría muestra que los compresores de aire centrífugos tienen una importante pérdida de carga
El primer paso para alcanzar los objetivos de la planta consistió en una exhaustiva auditoría del sistema de aire comprimido realizada por iZ Systems en colaboración con ALD, Inc.
Para llevar a cabo la auditoría, el equipo exportó los datos del sistema de monitorización SCADA de la planta, incluyendo los amperios del motor, la presión de descarga, la válvula de entrada y la posición de soplado de cada compresor de aire para determinar los diferentes perfiles de funcionamiento del sistema. Además, se colocaron registradores de presión después de los compresores de aire y en todo el campus para controlar las fluctuaciones de presión y ver cómo respondían los compresores de aire a los cambios en la demanda.
La auditoría mostró que los siete compresores de aire de 1.250 CV funcionaban con un simple sistema de control de presión local. Los controles no eran capaces de gestionar las válvulas de entrada y las válvulas de soplado de forma discreta, lo que provoca la caza del PID. Como resultado, las máquinas estaban soplando una cantidad significativa de aire comprimido en todas las condiciones de funcionamiento para protegerse de las sobrecargas, lo que provocaba la descarga y la pérdida de presión de la planta. En el transcurso de la auditoría también se descubrieron dos periodos de demanda únicos:
- Demanda normal: tres compresores de aire están en línea y funcionan para mantener la presión de producción durante aproximadamente 5.200 horas al año.
- Baja demanda/fines de semana: tres compresores de aire permanecen en línea, aunque no son necesarios durante los períodos de baja demanda, durante aproximadamente 1.688 horas al año, además de manejar una carga de fin de semana de 1.872 horas al año.
A partir de los datos recogidos durante un periodo de auditoría de dos semanas, el equipo recomendó la instalación de una solución de control y supervisión del sistema de aire comprimido automatizado, que secuencie el funcionamiento de los compresores de aire para que se ajuste a la demanda real.
La auditoría también mostró que la planta podía reducir los picos de demanda con mejoras en los equipos, que consistían principalmente en un compresor de aire de refuerzo junto con un depósito receptor más grande. El equipo también recomendó la instalación de caudalímetros de aire VPInstruments' VPFlowScope DP en la línea de descarga de cada compresor de aire para medir con precisión el caudal de aire y realizar un seguimiento continuo.
Mejora de la capacidad de respuesta del sistema de aire comprimido
Otro problema clave abordado en la planta era la incapacidad del sistema de aire comprimido existente para gestionar eficazmente los picos de demanda. En concreto, un pico de demanda de aire provocaba una caída de presión porque los compresores centrífugos de aire se ponían en marcha demasiado tarde. Esto ocurría porque los picos eran demasiado cortos para que las máquinas reaccionaran rápidamente al aumento de la demanda. Además, la situación creaba un pico de presión seguido de una descarga del compresor de aire.
Para aumentar el tiempo de respuesta del sistema de aire comprimido, el equipo instaló un compresor de aire de refuerzo junto con un depósito receptor de 17.500 galones capaz de almacenar aire comprimido a 250 psi. Dado que la presión de la planta es de unos 100 psi y la del tanque de 250 psi -y el hecho de que el aire se almacena fuera de línea-, el tanque de almacenamiento difiere de un tanque de almacenamiento normal conectado al colector principal a la presión de la planta.
Al aumentar la presión en el tanque de almacenamiento, la capacidad del sistema de almacenamiento de aire comprimido es más del doble. El sistema actualizado también incluye el uso de una válvula de control de flujo de presión cruzada, controlada por la plataforma de automatización de iZ Systems. La válvula libera aire del tanque de almacenamiento en la línea de suministro principal cuando se producen picos de demanda. De este modo, la planta sólo necesita poner en marcha dos o tres compresores de aire en lugar de cuatro unidades para satisfacer los picos de demanda de aire.
Este sistema mejorado también elimina prácticamente el soplado de los compresores de aire centrífugos. En caso de fallo de un compresor de aire, el sistema de almacenamiento reforzado fuera de línea proporciona un flujo de demanda máxima durante más de 10 minutos, lo que da a la plataforma de automatización el tiempo suficiente para poner en línea automáticamente una unidad de reserva sin interrumpir la producción de la planta.
Los medidores de flujo de aire diferencial rastrean la eficiencia de la máquina
Otro aspecto clave del sistema de aire comprimido actualizado es la capacidad de supervisar y ajustar continuamente el sistema a medida que la demanda de aire cambia por cualquier número de razones, como cuando el personal de mantenimiento repara las fugas de aire. La supervisión continua de la demanda de aire también permite tomar decisiones sobre los cambios en el algoritmo de control del compresor de aire para optimizar el sistema.
En la planta, cada compresor de aire está equipado con caudalímetros de presión diferencial, VPFlowScope DP, para medir el caudal de aire bidireccional, la presión y la temperatura. La planta, que apreció la facilidad de instalación de los nuevos caudalímetros, puede ahora hacer un seguimiento de la eficiencia de cada máquina. Si se detectan problemas, como filtros de entrada obstruidos o flujo inverso, el personal de la planta puede tomar medidas inmediatas y evitar el derroche de energía y los costes asociados. La planta también puede detectar si una válvula antirretorno del compresor de aire tiene fugas para evitar el flujo inverso.
Además, el equipo de mantenimiento utiliza una pinza ultrasónica de tiempo de tránsito flowmeter para comprobar periódicamente el suministro de agua de refrigeración a cada compresor de aire. Una refrigeración inadecuada puede reducir drásticamente la eficiencia del sistema de aire comprimido.
Un caudalímetro de aire VPInstruments' VPFlowScope DP instalado en cada compresor de aire centrífugo ofrece a la planta la posibilidad de supervisar cada unidad, lo que a su vez permite a los responsables de la toma de decisiones mejorar la eficiencia y el mantenimiento del sistema.
El ahorro de energía y la fiabilidad son un triunfo
El fabricante de automóviles inició su proyecto de actualización del sistema de aire comprimido poco después de la aprobación de la auditoría por parte de la empresa de servicios públicos en noviembre de 2018. La implementación de la plataforma de automatización y adquisición de datos de aire comprimido en combinación con las actualizaciones del sistema reduce el consumo anual de energía de las instalaciones en 6.098.619 kWh al año, lo que supone un ahorro anual de 600.000 dólares. Con el incentivo de la empresa de servicios públicos de 369.374 dólares, el proyecto tuvo una amortización simple de seis meses.
Además de lograr el objetivo de eficiencia energética, el proyecto mejoró la fiabilidad del sistema de aire comprimido, ya que la planta necesita hacer funcionar un compresor de aire centrífugo menos para satisfacer los picos de demanda, lo que significa que el mismo compresor de aire está libre para servir como unidad de reserva. El sistema de almacenamiento reforzado fuera de línea también mejora la fiabilidad del sistema, ya que está diseñado para suministrar suficiente aire para satisfacer las necesidades de la planta hasta que el compresor de aire de reserva entre en funcionamiento para sustituir a un compresor de aire averiado.
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