Un fabricante de productos electrónicos ahorra 455 000 euros al año gracias a la supervisión de su sistema de aire comprimido
El aire comprimido es indispensable en el ámbito industrial, ya que constituye una de las fuentes de energía más utilizadas. Puede representar entre el 10 % y el 30 % del consumo energético total en la producción industrial, y en ocasiones incluso más. El aire comprimido es uno de los servicios públicos más costosos, por lo que la eficiencia en su uso resulta especialmente crucial.
Por desgracia, en muchas fábricas no se presta la atención suficiente al ahorro de aire comprimido. No se dedica el tiempo ni la atención necesarios para trabajar de forma constante en la mejora de la eficiencia del sistema de aire comprimido, y esto se debe, en primer lugar, a la falta de un seguimiento adecuado del sistema. A menudo observamos que:
- No existe ningún sistema de control ni de medición
- Cuando hay un sistema de monitorización, este se compone de medidores de potencia. No se instalan medidores de presión ni de caudal. Por lo tanto, no se obtiene una visión completa.
- Cuando hay instrumentos instalados, e incluso conectados a un sistema general, no se dispone de información suficiente para perfeccionar las medidas de mejora del aire comprimido.
Este caso práctico muestra cómo un fabricante de productos electrónicos logró mejorar significativamente la eficiencia del aire comprimido mediante la implantación de un sistema de monitorización adecuado.
Caso práctico: fabricante de productos electrónicos
Acerca de nuestro cliente
Nuestro cliente es uno de los mayores productores mundiales de semiconductores, pantallas y MLED, con sede en Pekín, China. Como fabricante líder en el sector de la electrónica, depende en gran medida del aire comprimido para procesos críticos como el secado de chips, la incorporación de materiales en chips y placas, la fabricación de placas de circuito impreso y la refrigeración de chips durante la producción. En esta fábrica y en la industria de los semiconductores en general, la pureza del aire comprimido debe cumplir con los más altos estándares 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 completamente libre de aceite.
Nuestro cliente es uno de los mayores fabricantes mundiales de pantallas de semiconductores y MLED, con sede en Pekín, China.
Descripción del sistema de aire comprimido
La fábrica de este fabricante líder en electrónica cuenta con uno de los sistemas de aire comprimido más grandes de la región. Está compuesto por siete compresores centrífugos sin aceite, dos compresores de tornillo sin aceite, dos depósitos de almacenamiento de 15 m³, cuatro secadores por desecante y un sistema de filtración. El sistema está instalado en una única sala de compresores situada en la central eléctrica, con entrada de aire natural a través de las ventanas. La demanda total de aire por parte de los usuarios es de aproximadamente 640 m³/min.
En aquel momento, no existía un sistema adecuado de monitorización energética. El cliente disponía de algunos sensores de caudal y presión. La vida útil de estos sensores era de más de 10 años y no se estaban utilizando. Por lo tanto, los datos de medición no eran fiables.
La fábrica consumía una gran cantidad de aire comprimido cada día, lo que representaba hasta el 20 % de su consumo energético total. El coste anual de funcionamiento del sistema de aire comprimido ascendía a 20 millones de yuanes, lo que supuso un fuerte incentivo para mejorar la eficiencia del aire comprimido en toda la planta.
Nuevo sistema de gestión del aire comprimido
Se ha implantado un nuevo sistema de medición y supervisión del aire comprimido en toda la fábrica, que incluye:
- 10 VPFlowScope Probe para medir el caudal másico, la presión, la temperatura y el caudal total. Siete de ellas se instalaron en las tuberías principales que van a los distintos departamentos, mientras que las otras tres se colocaron a nivel de las máquinas.
- Se instaló un sensor de punto de rocío después de los secadores.
- Un sistema de monitorización energética para recopilar todos los datos de medición en tiempo real, analizarlos, generar informes y orientar la puesta en marcha de un proyecto de ahorro energético.
Conclusiones y soluciones
El análisis de todos los datos de medición recopilados condujo a los siguientes diagnósticos. En consecuencia, los datos ayudaron a tomar decisiones de inversión fundamentadas en datos sobre cómo mejorar el sistema. Además, el seguimiento de la situación antes y después permitió determinar qué ahorro se había conseguido al final.
Las condiciones de ventilación de la sala de la estación del compresor de aire influyen en la eficiencia del compresor.
Las condiciones ambientales de la sala de compresores pueden afectar a la eficiencia de estos, especialmente en el caso de los compresores centrífugos. En esta fábrica, el aire de admisión pasaba por un sencillo sistema de filtros de tela no tejida, que se obstruía con facilidad. Esto provocaba un elevado valor de presión negativa en la sala de compresores. Aunque los filtros se sustituían semanalmente, el valor de la presión negativa se situaba entre -30 Pa y -40 Pa. Cuanto más largo era el ciclo de sustitución de los filtros, mayor era el valor de la presión negativa. Además, debido a la mala ventilación, la temperatura de la sala superaba el rango permitido para el funcionamiento de los equipos. Está demostrado 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 compresores.
Para mejorar la ventilación de la sala de compresores, se instalaron 10 filtros no tejidos de 1 x 2 m en la pared lateral de la sala con el fin de aumentar el suministro de aire fresco. Como resultado, el valor de presión negativa de la sala aumentó hasta -10 Pa. 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 entre 6 y 8 °C, lo que mejoró considerablemente las condiciones de funcionamiento de los compresores de aire y los secadores.
Cada bar de reducción de la presión supone un ahorro energético del 7 %.
La presión general del sistema se había fijado en un nivel excesivamente alto, de 7 bar, ya que no todos los departamentos necesitaban ese nivel de presión para funcionar. Mantener esa presión en toda la fábrica supone un mayor consumo de energía. Se comprobó que una presión general del sistema de 6 bar era suficiente. Solo con esta mejora, la fábrica ya logró un ahorro del 7 % en la factura energética.
Cada bar de reducción de la presión supone un ahorro energético del 7 %.
Añadir suficiente volumen de amortiguación para mejorar el control del compresor.
El volumen del depósito de compensación era demasiado pequeño y la presión del sistema fluctuaba considerablemente (más de 0,5 bar). Cuando la presión del sistema bajaba a 7,0 bar o se mantenía en ese nivel, se activaba automáticamente un compresor de reserva en frío, que arrancaba, se descargaba y se detenía poco después. Esto provocaba un consumo energético adicional sin que ello tuviera ningún efecto en el consumo de aire comprimido. Dos depósitos de compensación, de 12 m3 y 15 m3, se añadieron para aumentar la capacidad del amortiguador. Esto redujo la fluctuación a unos 0,2 bar. Junto con la reducción general del nivel de presión, se evitó la activación innecesaria del compresor de reserva en frío.
La instalación de un depósito de compensación ayudará a suavizar la curva de fluctuación de la presión.
El cambio del control de los secadores desecantes, pasando de un sistema basado en el tiempo a uno basado en el punto de rocío, tiene un efecto positivo en el consumo de energía.
Se instaló un sensor de punto de rocío en el sistema, cerca de la zona de demanda de la fábrica. Este reveló que el punto de rocío en invierno era muy bajo. Los datos respaldaron el cambio de un control basado en el tiempo a uno basado en el punto de rocío. Cuando el punto de rocío es de -70 °C, se activan las torres de secado. Se redujeron tanto el consumo de energía eléctrica como el gas de regeneración necesarios para el ciclo de regeneración. El tiempo de funcionamiento del secador se amplió de 8 a 12 horas.
Sensor de punto deVPInstruments proporciona una medición precisa del punto de rocío en las tuberías de su fábrica.
Conclusiones
Los resultados de los experimentos, junto con el sistema de monitorización energética, han demostrado ser un medio eficaz para mejorar la eficiencia energética en la fábrica del fabricante de productos electrónicos.
- Gracias a los datos del sistema de monitorización del aire comprimido, los especialistas pudieron realizar un diagnóstico exhaustivo. Los datos de medición se transfieren directamente a la nube y se puede acceder a ellos en cualquier momento y desde cualquier parte del mundo. La Industria 4.0 es ya una realidad y la monitorización remota está mejorando la eficiencia de la gestión energética en todos los aspectos.
- Se adoptaron varias medidas de ahorro energético para mejorar la eficiencia energética de la fábrica. Tras cada medida de ahorro energético, los datos en tiempo real proporcionaron información fehaciente, lo que permitió a los ingenieros realizar análisis de datos y aplicar nuevas soluciones para ahorrar energía.
- Gracias a todas estas mejoras, el índice de ahorro energético de la fábrica aumentó un 13 %. La empresa ahorra unos 455 000 euros al año en la factura de la luz.
La Industria 4.0 ya es una realidad y la monitorización remota está mejorando la eficiencia de la gestión energética en todos los aspectos.
Fuente: Yang Jianguo et al., «Aplicación de las plataformas en la nube y el análisis de datos en el ahorro energético de los sistemas de aire comprimido» [J], Tecnología de Compresores, 2017.2
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