Un fabricante de productos de fibra de vidrio ha llevado a cabo un extenso conjunto de mejoras en su Red de Aire Comprimido, elevando significativamente la Eficiencia de la misma al trabajar de forma integral sobre la Generación, Distribución y Demanda. A medida que se llevó a cabo el Proyecto, la Empresa se encontró con varios inconvenientes, cuyas soluciones sólo pudieron definirse adecuadamente una vez que el sistema completo estuvo monitoreado, y comenzaron a registrarse los datos relevantes. La Auditoría general de la Red de Aire Comprimido condujo a una reducción en los consumos del 48%, produciendo ahorros de U$S 17.500 anuales aproximadamente. Dicho proyecto también calificó para el otorgamiento de un gran incentivo crediticio por U$S 32.000 a pagar dentro de los 4 años y 5 meses posteriores.
La compañía produce componentes de fibra de vidrio para buses locales de larga distancia. La utilización de este tipo de materiales más livianos reduce el peso de los vehículos, aumentando así su rendimiento en el consumo de combustible. La planta demanda aire comprimido para alimentar herramientas neumáticas, así como máquinas y líneas de producción. Además, durante la fabricación de las piezas, también se utiliza el aire para sostenerlas en los moldes con la utilización de vejigas presurizadas; a la vez que se genera vacío del lado opuesto para succionar las primeras dentro de los moldes y lograr así sostenerlas efectivamente. Una vez curadas las piezas, deben ser separadas con alicate u otro cortador neumático, para luego pasar por un proceso de terminación adecuado, donde se utilizan amoladoras, lijadoras, pulidoras y sistemas de pintura, todos ellos de alimentación neumática.
Se modifica un Sistema de Aire Comprimido de larga data
Construido en 2004, el Sistema de Aire Comprimido fue recibiendo sucesivas modificaciones a medida que los niveles de producción en Planta aumentaron. Originalmente, estaba conformado por tres compresores reciprocantes de 30 HP, de doble efecto, refrigerados por aire, funcionando a demanda de las necesidades. Sin embargo, estos comenzaron a presentar inconvenientes a medida que el consumo de aire se incrementó. Debe tenerse en cuenta que este tipo de equipos suelen ser adecuados para redes sin demasiada carga constante y disponiendo de un sitio de instalación bien ventilado; pero, al aumentar los ciclos de trabajo, las unidades comenzaron a sobrecalentarse causando fallas en los componentes internos y válvulas. Por otro lado, el aire comprimido que generan estos ruidosos compresores se caracteriza por poseer una temperatura extremadamente alta y contener partículas de lubricante que obligan a contar aguas abajo con secadores y filtros especiales para estas condiciones. Con el objetivo de combatir este desafío, se instaló un posenfriador para reducir la temperatura del aire antes del ingreso al secador y así poder trabajar con un equipo de secado convencional.
Tras varios años de contratiempos relacionados al mantenimiento del Sistema de Generación de Aire, la empresa definió migrar a un compresor rotativo a tornillo. Asimismo, en lugar de optar por un equipo de velocidad fija, se adquirió uno más eficiente con variador de velocidad junto a un secador refrigerante cíclico, una válvula de control de presión y caudal y filtros eliminadores de niebla. Hasta aquí no hubo alteraciones en los puntos de demanda de aire de la red. De acuerdo con las mediciones realizadas, se determinó que el nuevo conjunto (compresor, secador y filtros) disminuía la presión de línea general, produciendo un 31% menos de consumo en comparación con un equipo compresor de velocidad fija; lo que a valores actuales se traduciría en U$S 7.700 anuales de ahorro en energía eléctrica. A modo de soporte, se reservaron los compresores reciprocantes y el posenfriador existentes.
El incremento de carga causó inconvenientes con la Presión
El sistema descrito en el párrafo anterior funcionó bien con un solo compresor durante algunos años pero, al incrementarse la carga del mismo y desgastarse el equipamiento instalado, comenzaron a aparecer inconvenientes de presión. Incluso con el compresor VSD en su configuración de máxima presión de salida (9,65 bar), la red fallaba en mantener un valor adecuado en función de la demanda, habiéndose registrado caídas hasta los 5,5 bar en la línea de distribución principal; lo que generaba problemas aún más graves en los puntos de consumo. A modo de ejemplo, las herramientas neumáticas operaban con potencia reducida obturándose con frecuencia, lo que finalmente prolongaba la duración de los procesos productivos.
En un intento de elevar la Presión de Línea, se pusieron en servicio los antiguos compresores reciprocantes. Desafortunadamente, esta disposición causó que dichas unidades compresoras operen constantemente en ciclo de trabajo, lo que resultó fatal para sistemas refrigerados por aire como éstos, y por ende comenzaron a fallar uno tras otro. Más grave aún, el lubricante caliente que los compresores reciprocantes expulsan se adhirió a las superficies internas del posenfriador y obstruyeron el actuador neumático del regulador de presión y caudal, lo que causó más contratiempos. Las lecturas detalladas de presión mostraron que, durante los picos de demanda de consumos de planta, se generaba una diferencia de presión de 1,38 bar a través del posenfriador y la válvula de control del caudal. La información tomada también reveló que dicho regulador ya no estaba ajustando la presión con la precisión deseada debido a los inconvenientes internos mencionados. Adicionalmente a todos estos factores, la demanda pico de Planta estaba excediendo la capacidad de caudal de aire que los compresores en servicio podían cubrir, no pudiendo impedir de esta forma que la presión de la Red cayera por debajo del nivel mínimo requerido por las máquinas y estaciones de trabajo productivas críticas. Definitivamente, todo esto indicaba que era necesario incrementar la capacidad del Sistema de Aire Comprimido.
Agregado de Compresor recuperado
La empresa, en un intento de incrementar la capacidad de la Red de Aire, instaló un antiguo compresor a tornillo que había obtenido durante el cierre de una planta. Sin embargo, este equipo sólo se encontraba apto para entregar una presión de 7,9 bar a plena carga – un valor considerablemente menor que la configuración del compresor principal (9,7 bar); con lo cual se hizo imposible lograr una coordinación efectiva de las máquinas. La unidad agregada tuvo que ser seteada en modo de modulación para poder alcanzar una presión suficientemente elevada. Por lo que, durante los momentos que no era necesaria su operación, éste continuaba funcionando ya que carecía de cualquier tipo de corte temporizado. Así, la unidad trabajó durante incontables horas con poca carga, reduciendo considerablemente la eficiencia del sistema de aire.
A pesar del incremento de la capacidad mencionado, la Planta continuó acusando un pobre desempeño de las máquinas herramientas neumáticas, especialmente en un molde crítico donde piezas de grandes dimensiones son cortadas con una máquina especial alimentada por aire. Dado que la producción continuaba perjudicándose, se resolvió finalmente llevar adelante una Auditoría del Sistema de Aire Comprimido.
La Auditoría del Sistema de Aire Comprimido halló un Gradiente de Presión excesivo
Desde las primeras tomas de datos realizadas, se hicieron muy evidentes los problemas aparejados al posenfriador obturado y al mal funcionamiento del regulador de caudal; por lo que el primero fue removido y el segundo baipaseado. Sorprendemente y sin embargo, esto no resolvió por completo el inconveniente del pobre desempeño de las herramientas. Así fue que se realizó un estudio de mayor profundidad sobre el sector de la demanda que reveló además un sistema de distribución pobremente diseñado, el cual era responsable de alimentar la mencionada herramienta de corte, entre otras. Se llevó a cabo entonces una prueba especial para medir el gradiente de presión en las líneas de alimentación utilizando un conector tee junto a un medidor de testeo, el cual fue insertado directamente en las líneas antes del punto de conexión final a la herramienta. Sin el consumo abierto, la presión medida era de 8,1 bar pero, una vez que el gatillo de la máquina se presionaba y ésta comenzaba a trabajar, la misma descendía hasta 3,0 bar. Siendo el valor mínimo de operación recomendado de 6,2 bar, la performance obtenida resultaba muy baja.
Retrocediendo hasta el troncal de distribución principal de la red de aire, el sistema de mangueras que alimentaba la herramienta consistía de un conjunto de cuatro acoples rápidos estándar de ¼” ubicados en varios puntos y un tramo de 15 m de manguera de diámetro interno ¼” montado sobre un enrollador. Dicha longitud de tubería flexible es necesaria para proveer una adecuada movilidad y alcanzar toda la extensión de los grandes moldes que allí se ubican. Así fue que, mediante los cálculos pertinentes, se confirmó el diferencial de presión estipulado para esta disposición: el sistema de distribución por manguera estaba sub-dimensionado.
Revisión de Puntos de Consumo para detectar potenciales Ahorros
La Auditoría también comprendió la inspección minuciosa de puntos de consumo en otras áreas de la Planta en búsqueda de potenciales ahorros energéticos. Así fue que se detectaron elevados niveles de fugas, los cuales representaban un 45% del caudal promedio disponible durante los lapsos no productivos del fin de semana. Además, se utilizaban agitadores neumáticos para la mezcla de solventes durante estos momentos. También se determinó un desperdicio de aire considerable en el sector de molienda, donde los limpiadores de cartuchos filtrantes por soplado pulsante estaban configurados incorrectamente; ya que, en lugar de generar un soplado cada varios minutos, enviaba un pulso cada dos segundos (incluso bajo este seteo de frecuencia incrementada, el desempeño del proceso de limpieza de filtros no alcanzaba los parámetros deseados).
Notables Progresos alcanzados en el Sistema de Aire Comprimido
Numerosas mejoras en la Red de Aire fueron implementadas para corregir las situaciones descritas, entre las que vale destacar:
- Los sistemas críticos de distribución por manguera fueron expandidos a sección de ⅜”, y la cantidad de acoples rápidos se redujo a uno solo de caudal completo por bajada de línea. La herramienta especial de corte acusa ahora una presión operativa de 6,2 bar;
- Las fugas fueron reparadas y los mezcladores neumáticos apagados durante los fines de semana. Los limpiadores pulsantes de filtros fueron equipados con pulmones para amplificar la fuerza de soplado, lo que permitió reducir la frecuencia de operación y consecuentemente ahorrar aire comprimido;
- El regulador de presión y flujo fue reemplazado por otra unidad que soporta el caudal completo de los compresores;
- Se instalaron pulmones adicionales para agregar disponibilidad de aire en los momentos de demanda pico;
- Las cañerías de la Sala de Compresores fueron sustituidas por otras de mayor diámetro interno a fin de reducir el diferencial de presión;
- Se orientó la salida de gas caliente del secador cíclico hacia la sala de compresores;
- Se instaló un nuevo Compresor VSD, dejando a su homólogo antecesor en reserva. La presión de descarga fue reducida a 7,6 bar, mientras que la de Planta se llevó a 6,3 bar;
- Ahora el calor que genera la compresión del aire se libera dentro de la misma sala mediante el uso de un dámper controlado termostáticamente, lo que permitió desconectar el calentador de 20 kW;
- El control del sistema de vacío se actualizó para optimizar los tiempos de operación, desactivándose durante los fines de semana;
Como resultado de estas mejoras, el Consumo de Energía del Sistema de Aire Comprimido, el calentador de la Sala de Compresores y el Sistema de Vacío se redujo en un 48%, con un ahorro anual aparejado que asciende hasta los U$S 17.500. Este Proyecto calificó además para el otorgamiento de un incentivo por U$S 32.000 gracias a estar orientado hacia la Sustentabilidad, con un retorno de la inversión estimado en 4,4 años, sin considerar allí el incremento de la Productividad de la Planta.
Este caso de éxito ilustra claramente los beneficios de aplicar mejoras integrales al Sistema de Aire Comprimido, incluyendo los sectores de la Demanda y Distribución además la Generación.
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