Un fabricante de automóviles ahorra 600 000 dólares al año en gastos de energía y mejora la fiabilidad de su sistema de aire comprimido
Una moderna planta de fabricación de automóviles situada en la mitad occidental de Estados Unidos está cumpliendo su objetivo de lograr un futuro más sostenible, gracias a una exhaustiva auditoría del sistema de aire comprimido, seguida de la implantación de tecnología de control avanzada y medidores de caudal para la supervisión y medición continuas, con el fin de garantizar la eficiencia constante del sistema.
El proyecto, que también incluyó la incorporación de un compresor de aire de refuerzo y un depósito de almacenamiento —además de la instalación de una importante válvula de control de presión—, permite al fabricante de automóviles utilizar un menor número de compresores de aire centrífugos durante los picos de producción. De este modo, la planta ahorra cerca de 6,1 millones de kWh y más de 600 000 dólares al año en costes energéticos. El proyecto también se benefició de una bonificación de 369 374 dólares por parte de la empresa de servicios públicos local, lo que supuso una amortización del proyecto en seis meses, todo ello al tiempo que se mejoraba la fiabilidad del sistema.
Los compresores de aire centrífugos impulsan la producción en una fábrica de automóviles
El aire comprimido es el elemento central de la producción en la planta de fabricación, que ocupa una superficie de 115 acres. El aire comprimido alimenta los sistemas neumáticos que se utilizan para controlar los robots, además de accionar las cintas transportadoras y los equipos de envasado. También se utiliza ampliamente en las operaciones de pintura, estampado y moldeo de plásticos.
Antes de la modernización del sistema de aire comprimido, la planta del fabricante de automóviles utilizaba siete compresores centrífugos ubicados en una sala de máquinas central. Entre estos compresores se contaban seis compresores centrífugos de 1.250 caballos de potencia (hp) y una máquina de 700 hp. El sistema de aire comprimido también incluía ocho secadores por refrigeración, así como cuatro depósitos de 2.500 galones y un depósito de 5.000 galones.
Los modelos y las características técnicas de los compresores de aire 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 |
En la planta de 115 acres de este fabricante de automóviles se utilizan un total de siete compresores de aire centrífugos de Ingersoll Rand para impulsar la producción.
El fabricante de automóviles puso en marcha en 2016 una iniciativa interna para lograr un ahorro energético y aumentar la eficiencia de sus sistemas de aire comprimido, cuyo funcionamiento suponía en aquel momento un coste anual de 1,6 millones de dólares. La complejidad de los compresores centrífugos de aire, así como el método para controlarlos, llevó a la empresa a recurrir a la ayuda de expertos en sistemas de aire comprimido.
La auditoría revela una fuga significativa en el compresor centrífugo de aire
El primer paso para alcanzar los objetivos de la planta consistió en una auditoría exhaustiva del sistema de aire comprimido realizada por iZ Systems en colaboración con ALD, Inc.
Para llevar a cabo la auditoría, el equipo exportó datos del sistema de monitorización SCADA de la planta, incluyendo la intensidad de los motores, la presión de descarga, la válvula de entrada y la posición de purga de cada compresor de aire, con el fin de determinar los distintos perfiles de funcionamiento del sistema. Además, se instalaron registradores de presión aguas abajo de los compresores de aire y por todo el recinto para supervisar las fluctuaciones de presión y observar cómo respondían los sistemas de aire comprimido a los cambios en la demanda.
La auditoría reveló que los siete compresores de aire de 1 250 CV funcionaban con un sencillo sistema local de control de presión. Los controles no eran capaces de gestionar de forma independiente las válvulas de admisión y las válvulas de purga, lo que provocaba oscilaciones del PID. Como consecuencia, las máquinas purgaban una cantidad significativa de aire comprimido en todas las condiciones de funcionamiento para protegerse contra las oscilaciones de presión, lo que provocaba descargas y una pérdida de presión en la planta. Durante la auditoría también se detectaron dos periodos de demanda específicos:
- Demanda normal: hay tres compresores de aire en funcionamiento para mantener la presión de producción durante aproximadamente 5.200 horas al año.
- Baja demanda/fines de semana: tres compresores de aire permanecen en funcionamiento, aunque no son necesarios durante los periodos de baja demanda durante aproximadamente 1.688 horas al año, además de hacer frente a una carga de fin de semana de 1.872 horas al año.
A partir de los datos recopilados durante un periodo de auditoría de dos semanas, el equipo recomendó la instalación de una solución automatizada de control y supervisión del sistema de aire comprimido, que gestiona el funcionamiento de los compresores de aire para adaptarlo a la demanda real.
La auditoría también puso de manifiesto que el fabricante de automóviles podía reducir los picos de demanda mediante la modernización de los equipos, que consistía principalmente en la instalación de un compresor de aire auxiliar junto con un depósito de aire de mayor capacidad. El equipo también recomendó la instalación de medidores VPFlowScope DP VPInstrumentsen la línea de descarga de cada compresor de aire, con el fin de garantizar una medición precisa del caudal y una supervisión continua.
Mejora de la capacidad de respuesta del sistema de aire comprimido
Otro problema clave que se abordó en la planta fue la incapacidad del sistema de aire comprimido existente para gestionar eficazmente los picos de demanda. Concretamente, un aumento repentino de la demanda de aire provocaba una caída de presión, ya que los compresores centrífugos tardaban demasiado en ponerse en marcha. Esto ocurría porque los picos eran demasiado breves para que las máquinas pudieran reaccionar con rapidez al aumento de la demanda. Además, esta situación provocaba un pico de presión seguido de una descarga de los compresores de aire.
Para mejorar el tiempo de respuesta del sistema de aire comprimido, el equipo instaló un compresor de refuerzo junto con un depósito de almacenamiento de 17 500 galones capaz de almacenar aire comprimido a 250 psi. Dado que la presión de la planta ronda los 100 psi y la del depósito es de 250 psi —y teniendo en cuenta que el aire se almacena fuera de la red—, este depósito de almacenamiento difiere de un depósito normal conectado al colector principal a la presión de la planta.
Al aumentar la presión en el depósito de almacenamiento, la capacidad del sistema de almacenamiento de aire comprimido se duplica con creces. El sistema mejorado también incluye el uso de una válvula de control de flujo y presión cruzada, que se controla mediante la plataforma de automatización de iZ Systems. La válvula libera aire del depósito de almacenamiento hacia la línea de suministro principal cuando se produce un pico de demanda. De este modo, la planta solo necesita poner en marcha dos o tres compresores de aire, en lugar de cuatro unidades, para satisfacer el pico de demanda de aire.
Este sistema mejorado también elimina prácticamente por completo las fugas de los compresores de aire centrífugos. En caso de avería de un compresor de aire, el sistema de almacenamiento con sobrealimentación fuera de línea proporciona el caudal necesario para cubrir picos de demanda durante más de 10 minutos, lo que da a la plataforma de automatización tiempo suficiente para poner en marcha automáticamente una unidad de reserva sin interrumpir la producción de la planta.
Los medidores de caudal por presión diferencial controlan la eficiencia de la máquina
Otro aspecto clave del sistema de aire comprimido mejorado es la capacidad de supervisar y ajustar continuamente el sistema a medida que varía la demanda de aire por diversos motivos, como cuando el personal de mantenimiento repara fugas de aire. La supervisión continua de la demanda de flujo de aire también permite tomar decisiones sobre los cambios que deben introducirse en el algoritmo de control del compresor de aire para optimizar el sistema.
En la planta, cada compresor de aire está equipado con medidores de caudal de presión diferencial VPFlowScope DP para medir el caudal bidireccional, la presión y la temperatura. La planta, que valoró la facilidad de instalación de los nuevos medidores de caudal, ahora puede supervisar 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 desperdicio de energía y los costes asociados. La planta también puede detectar cuándo una válvula antirretorno del compresor de aire tiene una fuga para evitar el flujo inverso.
Además, el equipo de mantenimiento utiliza un caudalímetro ultrasónico de tiempo de tránsito de fijación por abrazadera 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 VPFlowScope VPInstrumentsVPFlowScope DP instalado en cada compresor de aire centrífugo permite a la planta supervisar cada unidad, lo que a su vez permite a los responsables de la toma de decisiones mejorar la eficiencia del sistema y el mantenimiento.
El ahorro energético y la fiabilidad son sinónimo de éxito
El fabricante de automóviles puso en marcha su proyecto de modernización del sistema de aire comprimido poco después de que la empresa de servicios públicos aprobara la auditoría en noviembre de 2018. La implementación de la plataforma de automatización y adquisición de datos de aire comprimido, junto con las mejoras del sistema, reduce el consumo energético anual de la instalación en 6 098 619 kWh al año, lo que se traduce en un ahorro anual de 600 000 dólares. Con la subvención de la empresa de servicios públicos de 369 374 dólares, el proyecto se amortizó en tan solo seis meses.
Además de alcanzar el objetivo de eficiencia energética, el proyecto mejoró la fiabilidad del sistema de aire comprimido, ya que la planta necesita poner en marcha un compresor centrífugo menos para satisfacer los picos de demanda, lo que significa que ese mismo compresor queda libre para actuar como unidad de reserva. El sistema de almacenamiento con refuerzo fuera de línea también mejora aún más la fiabilidad del sistema, ya que está diseñado para suministrar aire suficiente para cubrir las necesidades de la planta hasta que el compresor de reserva entre en funcionamiento para sustituir al compresor averiado.
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