El estándar para mejorar la eficiencia del compresor

El aire comprimido es un recurso costoso. Por cada dólar de electricidad utilizado para producir aire comprimido, solo del 10% al 15% de la energía puede ir a la planta en forma de aire comprimido. A medida que aumentan los costos de energía, los operadores de la planta deben darse cuenta de cuánta energía y dinero se desperdician si no se controla estrictamente el funcionamiento del compresor y si no se reparan incluso las fugas de aire más pequeñas.

Cuando los costos de energía son bajos, la planta de fabricación siempre encenderá el compresor durante el turno de producción. Luego, hace más de 20 años, se introdujo un sistema de control secuencial básico que podía encender o apagar los compresores en una secuencia predeterminada cuando fluctuaba la demanda de aire de la planta. Usar un secuenciador es mejor que dejar el compresor encendido todo el tiempo, pero aún así carece de la precisión para hacer coincidir el flujo de aire con la demanda y desperdicia energía. Lo que se necesita es un enfoque más predictivo y flexible para el control preventivo del compresor.

Monitoreo de presión y flujo
No es suficiente usar la presión del sistema y el flujo de aire solos como criterios para tomar decisiones sobre el funcionamiento del compresor. Cuando la presión del sistema neumático alcanza su punto de ajuste de presión baja, o si se detecta un aumento en el flujo (lo que significa que la tasa de producción de aire debe aumentar), la presión puede caer demasiado antes de que los otros compresores entren en funcionamiento para comenzar a producir aire. .

Una planta típica tiene varios compresores. Los controladores del sistema de aire comprimido con control preventivo los ayudan a operar de la manera más económica posible. Foto cortesía de Roseburg Forest Products.

Para evitar una situación de baja presión, puede elevar el umbral de presión para encender compresores adicionales, que es lo que hacen muchas plantas. Pero el efecto de esto es hacer funcionar el sistema del compresor a una presión promedio más alta que la necesaria. Esto desperdicia energía y puede hacer que la planta compre y mantenga compresores innecesarios. Además, los sistemas que funcionan a presiones más altas pueden tener más fugas y desgastarse más rápido que los sistemas que funcionan a presiones más bajas. Todos estos factores agregan un costo adicional al proceso de fabricación.

Una mejor opción es usar un sistema de control de compresores que use una serie de criterios para determinar qué compresores operar, la presión del sistema y el flujo son solo dos consideraciones. Un ejemplo de un controlador que hace esto es la serie PL4000 fabricada por Pneu-Logic Corp. El PL4000 utiliza un proceso patentado para equilibrar el suministro y la demanda de aire, y el controlador decide qué compresores ejecutar para garantizar un suministro de aire adecuado y minimizar el uso de energía y los costos de mantenimiento.

El algoritmo de control del PL4000 selecciona qué compresores ejecutar en función de la disponibilidad del compresor y la puntuación asignada a cada compresor como medida de la «preparación» de ese compresor. El proceso de evaluación es complejo debido a la gran cantidad de combinaciones posibles en una planta típica de varios compresores. El controlador mantiene una base de datos de combinaciones de compresores para proporcionar un rendimiento óptimo para diferentes condiciones.

Controlador neumático
Podría pensar que un PLC típico puede manejar tareas de control de compresores. Sin embargo, para una gran cantidad de compresores, esto se vuelve difícil de manejar para el programa de PLC. Además, los secuenciadores a menudo no pueden administrar la flexibilidad requerida porque a menudo están programados para seguir una secuencia específica.

El Pneu-Logic PL4000 utiliza un algoritmo de control patentado para equilibrar finamente la oferta y la demanda.

El compresor selecto PL4000 funciona en dos pasos. En primer lugar, determina qué unidades compresoras se necesitan para proporcionar aire para satisfacer una demanda específica. En segundo lugar, elige qué compresores ejecutar en un grupo particular en función de la puntuación.

Por ejemplo, la pantalla del controlador puede mostrar una tabla de clasificación típica que identifica los trenes de compresores y la presión del sistema asociado que pueden soportar. Profundizar en la pantalla puede enfocarse en la demanda de flujo actual y mostrar qué compresores se activarán si la demanda de flujo aumenta, o si algún otro factor requiere apagar un compresor en funcionamiento.

El sistema de control selecciona el siguiente compresor para funcionar en función de un algoritmo que tiene en cuenta una variedad de factores, que incluyen cuántas horas ha estado funcionando cada compresor y cuándo está programado el mantenimiento para un compresor en particular. Esta decisión a menudo no es obvia: no siempre es económico simplemente hacer funcionar el compresor más eficiente todo el tiempo. De lo contrario, el sistema tiende a desgastar primero los compresores más eficientes.

Mantener puntuación
Para evitar esto, el controlador asigna a cada compresor una fracción de tiempo de funcionamiento que varía con el tiempo a medida que el compresor funciona. Cuando el compresor alcanza el umbral, el sistema de control hace una pausa y enciende otro compresor del mismo grupo, con una función similar. La puntuación del tiempo de ejecución permite que el controlador prediga cuándo se debe apagar un compresor en funcionamiento y reemplazarlo con un compresor de respaldo.

Los compresores también se pueden desconectar para realizar tareas de mantenimiento y el algoritmo de puntuación debe adaptarse a esta situación. Por ejemplo, suponga que el aceite de un compresor en particular debe cambiarse cada 8000 horas de funcionamiento. El controlador realiza un seguimiento del tiempo de ejecución y, a medida que el compresor se acerca a las 8000 horas, el factor de tiempo de ejecución comienza a afectar la calificación general del compresor. Este puntaje determina cuándo funciona el compresor y, en última instancia, lo mantiene fuera de la mezcla hasta que se realiza el mantenimiento preventivo.

Esta tabla de valores nominales muestra las combinaciones de compresores que producirán los caudales enumerados en diagonal.

Los controles del compresor, como los del PL4000, también pueden hacer cumplir las reglas de funcionamiento. Por ejemplo, la operación eficiente de una red de compresores requiere que solo un dispositivo, ajustando el compresor, pueda operar a una salida parcial. El resto debe ejecutarse con salida de flujo completo.

Puede haber otros controles externos que deban incorporarse a la mezcla. El sistema de control debe aceptar entradas definidas por el usuario. Por ejemplo, al incorporar pronósticos de producción o tasas de producción, el sistema de control puede acomodar el mantenimiento del compresor durante los períodos de inactividad, o puede señalar cuándo se requerirá que el sistema opere cerca de sus límites de rendimiento. Los ingenieros de planta también pueden usar la capacidad de incorporar funciones definidas por el usuario en combinaciones para probar diferentes estrategias de control.

La integración de inteligencia en el control del compresor agrega la capacidad de notificar a los usuarios sobre el estado del sistema. Los operadores quieren ver de un vistazo cómo está funcionando el sistema. Con este fin, la pantalla del operador del PL4000 muestra el estado de todos los compresores de la red y también permite ver el estado de funcionamiento de cualquier compresor individual. La posibilidad de ver los resultados en tiempo real facilita a las fábricas el mantenimiento de programas de ahorro de costes, ya que la pantalla también proporciona información sobre la eficacia del funcionamiento del sistema. El PL4000 también puede exportar datos operativos al sistema de control distribuido de la planta para visualización y análisis remotos.

Los requisitos de aire comprimido pueden variar mucho de una planta a otra, por lo que una sola estrategia de control de compresores no puede satisfacer todas las necesidades. Sin embargo, en general, una estrategia de control que considere el uso además de pronosticar la demanda ahorrará la mayor cantidad de energía y reducirá los costos de mantenimiento.

Michael «Dusty» Smith es director de operaciones de Pneu-Logic Corp. Para obtener más información, envíe un correo electrónico a info@pneulogic.com o visite www.pneulogic.com .

Los beneficios del control preventivo

Todos los tipos de aplicaciones de aire comprimido se benefician del control preventivo. Por ejemplo, las fábricas de papel utilizan papel base continuo a altas velocidades en sus máquinas. El aire comprimido se usa ampliamente para aire de instrumentos, controles de tensores, guías y cilindros en toda la línea de fabricación de papel.

Si el papel se rompe, el operador utiliza lanzas de aire y pistolas rociadoras adicionales para tratar la rotura inicial y volver a pasar el papel por la máquina de papel. Este proceso requiere una gran cantidad de aire comprimido adicional. Para cumplir con este aumento en la demanda, sin proporcionar demasiada presión para el funcionamiento normal, el controlador del compresor debe interactuar con el controlador de la máquina de papel para proporcionar información en caso de que se rompa el papel. Cuando esto sucede, el controlador de aire comprimido debe cambiar rápidamente a una configuración de compresor que pueda soportar el aumento inminente de la demanda de aire.

En otro escenario, una embolsadora en una fábrica de bicarbonato de sodio puede requerir mucho flujo de aire cuando la máquina se conecta por primera vez. Para soportar la mayor demanda de aire, el controlador debe activar una configuración de compresor especial establecida para este propósito, ahorrando el tiempo que la máquina está lista para funcionar. Una vez que el equipo está funcionando y la presión se estabiliza, el controlador cambia a una configuración diseñada para producción continua.

Una fábrica de láminas de metal automotriz tiene múltiples celdas de trabajo para producir diferentes tipos de piezas. Estas celdas normalmente fabrican piezas en lotes y se apagan entre ciclos de producción. Las plantas pueden ahorrar energía si se puede cerrar el flujo de aire a las celdas de trabajo inactivas cuando no están en uso. Si esto es manejado por el controlador, se puede eliminar el factor de error humano de olvidar apagar la energía al final del turno.

Varias partes de una planta de embotellado pueden requerir diferentes niveles de presión de aire: alta presión para moldear botellas por soplado y baja presión para operar el equipo de embotellado. Una forma económica de producir aire comprimido en este tipo de aplicación es organizar el sistema de suministro de aire de la planta en varias zonas, con un paquete compresor independiente para cada zona y presión. El controlador debe poder controlar múltiples zonas de presión de flujo. Además, el aire a alta presión puede recuperarse de la máquina de moldeo por soplado y usarse en un sistema de baja presión como medida adicional para reducir los desechos.

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