Cost reduction in compressed air consumption in meat processing factories

Siempre se pueden realizar mejoras en todos los sistemas de aire comprimido, incluso en aquellos que son nuevos. Este post se basa en una auditoría de aire comprimido realizada a los dos años de vida de una planta de procesamiento de carne nueva. La auditoría detectó numerosos problemas y planteó recomendaciones que ayudaron a la reducción de costos en el consumo de aire comprimido de la planta en un 60%.

En la industria más del 10% de la electricidad consumida se destina a la producción de aire comprimido y aunque varía según el sector, en algunos casos puede alcanzar hasta el 30% de la energía eléctrica utilizada. Así que es una prioridad, y más ahora en los tiempos que corren, tener un plan de acciones de ahorro en el consumo de aire comprimido. Sigue leyendo este caso de aplicación que puede ser de mucho interés para responsables de operaciones en plantas de procesamiento de carnes.

Configuración del sistema de suministro de aire comprimido

El sistema de producción y tratamiento de aire comprimido consistía en tres grandes compresores de tornillo lubricados, de 300 CV, 1250 cfm, de velocidad fija y refrigerados por aire, que funcionaban en modo carga/descarga. El almacenamiento del sistema era de 4.000 galones. Se utilizaron dos tipos de secadores de aire comprimido; el refrigerado sin ciclo se utilizó para el aire enviado a las áreas de la planta de sacrificio donde las temperaturas ambientales eran normales. Para las áreas de procesamiento de carne donde las temperaturas ambientales estaban en el rango de 5 ºC, el aire comprimido se secó utilizando un secador de aire desecante sin calor. Los secadores refrigerados y desecantes se instalaron en serie.

La refrigeración del compresor de aire aspiraba al aire exterior, que a veces alcanzaba temperaturas muy bajas, se pre calentaba mezclándolo con el aire caliente de descarga del compresor a través de un conducto de cruce. Si bien esto es un buen uso del calor de compresión de los compresores, es una de las pocas cosas buenas que se conocen del sistema.

El registro de datos ayudó a identificar unos costos energéticos sorprendentemente altos

Se realizó una auditoría del aire comprimido de la planta para determinar la eficiencia del sistema. El sistema se monitorizó con registradores de datos para averiguar la eficiencia del sistema y evaluar si había algún problema evidente. La auditoría determinó que la entrada de energía en el sistema de aire comprimido tenía una media de 440 kW para producir un caudal medio de 1.250 cfm, lo que suponía una potencia específica del sistema de 35 kW por 100 cfm. Esta cifra era significativamente más alta de lo esperado, teniendo en cuenta que los compresores de aire tienen una potencia nominal de 20 kW por cada 100. La auditoría también descubrió que alrededor del 47% de la demanda de aire comprimido se clasificaba como «uso potencialmente inapropiado», y que era necesario investigar más.

La planta de procesado de carne tenía importantes problemas con la presión del aire comprimido debido a los deficientes métodos de control de los compresores de aire y a las importantes pérdidas de presión en los secadores de aire, los filtros y las tuberías. En ocasiones, la carga de aire superaba la capacidad de los compresores, lo que provocaba que la presión del sistema descendiera a niveles inferiores. La calidad del aire era deficiente debido a problemas de configuración y diseño de los secadores. Los problemas de filtración permitían que el aceite ensuciara el desecante del secador, reduciendo la eficacia del secado. Los puntos de rocío requeridos no se alcanzaban debido a estos problemas.

Los picos ocasionales de carga de la planta superaban con creces la capacidad total de los compresores de aire. Algunos elementos de la planta habían cambiado con respecto al diseño original, lo que había provocado un enorme aumento de la carga prevista. Por este motivo, se elaboró un inventario muy detallado de los distintos usos finales.

Elevados costos en el transporte de desechos a través de sistemas neumáticos

Se llevó a cabo una investigación exhaustiva de los usos finales de la planta para determinar si se podían reducir las cargas de aire comprimido. Casi el 60% del caudal era consumido por los sistemas de transporte y soplado de la planta.

La planta tiene una operación de matanza, y entre el punto de entrada de cerdos vivos y la salida de carne cortada se retira bastante material de los canales. Los diseñadores de la planta adoptaron un amplio sistema de transporte neumático en fase densa para enviar materiales como el pelo, los despojos, los pulmones, los estómagos y las orejas a los lugares de la planta donde podían prepararse para su transporte a las instalaciones de rendering o procesamiento. Aunque resulte desagradable leerlo, todos estos subproductos tienen una función útil en nuestra cadena alimentaria y no se desperdician.

Estos productos no son los típicos que normalmente se transporta con neumática, y los transportadores se atascaban. Durante la fase de resolución de problemas, los técnicos de la planta modificaban experimentalmente los tiempos de soplado y las presiones de entrada para intentar resolver los problemas de transporte. Con el tiempo, algunos de los transportadores tenían tiempos de soplado mal ajustados, de modo que el caudal de aire comprimido no se acercaba al caudal de diseño del transportador. Algunos de estos transportadores consumían más de seis veces el valor de diseño. Los transportadores también provocaban eventos aleatorios de gran caudal, que afectan negativamente a las presiones del sistema y alteraban la estrategia de control del compresor

Las aplicaciones de soplado en la línea de procesado

Además, los diseñadores de varios equipos de envasado en la línea de procesamiento comenzaron a adoptar el soplado de aire comprimido para la eliminación de líquidos de los paquetes de carne envueltos. Los diseñadores no eran conscientes del alto costo del aire comprimido e instalaron muchas boquillas en toda la línea de procesado.

Un sistema de soplado era especialmente caro. La instalación utilizaba 24 boquillas planas para eliminar el agua residual de una cinta transportadora después de haberla lavado y esterilizado. El uso de estas boquillas consume mucha energía, especialmente si las boquillas se han roto, permitiendo que el aire salga por un agujero abierto. La investigación descubrió que se habían instalado 50 de estas boquillas en varios lugares, con un total de 820 cfm de flujo máximo, el equivalente a la salida de un compresor de aire de 200 CV.

La reconfiguración del sistema supone una reducción de costos en el consumo de aire en un 60%

La empresa pudo realizar amplias modificaciones en el sistema de aire comprimido para mejorar la presión de la planta, mejorar la calidad del aire y una reducción de costos en el consumo de aire. Las medidas incluían:

• Se tomó la decisión de utilizar un solo tipo de secador y se sustituyó la disposición en serie de secadores refrigerados y desecantes por una unidad de tipo soplador calentado. Los filtros de los secadores se ampliaron para reducir el diferencial de presión. Este cambio redujo los costes de energía de secado en un 66%.

• Se instaló un controlador de presión/caudal para regular la presión en los dos niveles inferiores, pero permitiendo que los compresores funcionaran con una amplia banda de presión para maximizar el uso del almacenamiento.

• Uno de los compresores de aire no tenía una función automática, lo que hacía que funcionara sin carga durante largos periodos de tiempo. Se instaló esta función.

• Se instaló un controlador central en el sistema para orquestar el funcionamiento de los compresores.

• Uno de los compresores de aire se equipó con un control VSD. Los ajustes de presión están ahora coordinados para que la unidad permanezca siempre en posición de ajuste.

• Se modificaron las tuberías de la planta donde existía una diferencia de presión significativa.

• Se sustituyeron los drenajes de condensados por unidades sin pérdida de aire.

• Las operaciones de transporte se volvieron a poner en marcha para reducir el caudal medio.

• La mayoría de las operaciones de soplado se eliminaron o se cambiaron por sopladores de baja presión.

• Se redujeron las fugas de aire mediante un sistema de detección y reparación.

• Se instaló un sistema de monitorización que medía los kW de entrada y el caudal de salida para poder controlar continuamente la eficacia del sistema. Los datos de este sistema se integraron con la información del controlador del compresor. Toda esa información se envía también al sistema SCADA de la planta.

En total, las mejoras redujeron significativamente el diferencial de presión y el consumo de energía del sistema. El ahorro verificado de las mejoras demostró que la planta ahorraba 2,9 MWh al año, lo que supone una reducción de costos en el consumo de aire del 60%.